RU2738702C2 - Improved frame elements for arrangement of monoliths - Google Patents

Improved frame elements for arrangement of monoliths Download PDF

Info

Publication number
RU2738702C2
RU2738702C2 RU2018123318A RU2018123318A RU2738702C2 RU 2738702 C2 RU2738702 C2 RU 2738702C2 RU 2018123318 A RU2018123318 A RU 2018123318A RU 2018123318 A RU2018123318 A RU 2018123318A RU 2738702 C2 RU2738702 C2 RU 2738702C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
monolith
frame element
frame
monoliths
mat
Prior art date
Application number
RU2018123318A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2018123318A3 (en
RU2018123318A (en
Inventor
Роберт КЛОЙДЕРЛЯЙН
Дирк РАЙХЕРТ
Харальд ШЕРБЕЛЬ
Original Assignee
Джонсон Мэтти Каталистс (Джермани) Гмбх
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Джонсон Мэтти Каталистс (Джермани) Гмбх filed Critical Джонсон Мэтти Каталистс (Джермани) Гмбх
Publication of RU2018123318A publication Critical patent/RU2018123318A/en
Publication of RU2018123318A3 publication Critical patent/RU2018123318A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2738702C2 publication Critical patent/RU2738702C2/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/011Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more purifying devices arranged in parallel
    • F01N13/017Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more purifying devices arranged in parallel the purifying devices are arranged in a single housing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9404Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409Nitrogen oxides
    • B01D53/9413Processes characterised by a specific catalyst
    • B01D53/9418Processes characterised by a specific catalyst for removing nitrogen oxides by selective catalytic reduction [SCR] using a reducing agent in a lean exhaust gas
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/944Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or carbon making use of oxidation catalysts
    • B01J35/56
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28Construction of catalytic reactors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2839Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration
    • F01N3/2842Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration specially adapted for monolithic supports, e.g. of honeycomb type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2839Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration
    • F01N3/2853Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration using mats or gaskets between catalyst body and housing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/90Physical characteristics of catalysts
    • B01D2255/915Catalyst supported on particulate filters
    • B01D2255/9155Wall flow filters
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2350/00Arrangements for fitting catalyst support or particle filter element in the housing
    • F01N2350/02Fitting ceramic monoliths in a metallic housing
    • F01N2350/04Fitting ceramic monoliths in a metallic housing with means compensating thermal expansion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2450/00Methods or apparatus for fitting, inserting or repairing different elements
    • F01N2450/22Methods or apparatus for fitting, inserting or repairing different elements by welding or brazing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2450/00Methods or apparatus for fitting, inserting or repairing different elements
    • F01N2450/30Removable or rechangeable blocks or cartridges, e.g. for filters
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2590/00Exhaust or silencing apparatus adapted to particular use, e.g. for military applications, airplanes, submarines
    • F01N2590/02Exhaust or silencing apparatus adapted to particular use, e.g. for military applications, airplanes, submarines for marine vessels or naval applications
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2590/00Exhaust or silencing apparatus adapted to particular use, e.g. for military applications, airplanes, submarines
    • F01N2590/10Exhaust or silencing apparatus adapted to particular use, e.g. for military applications, airplanes, submarines for stationary applications

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: element for supporting monoliths containing catalysts in exhaust gases flow from combustion sources, comprising two pairs of opposite walls, in which the walls form a rectangular or square shape, an inner space formed by the walls, an inlet end, an outlet end, at least one locking element, at least one mat and at least one monolith comprising an inlet, outlet, four lateral sides and at least one catalyst, effective in reducing concentration of one or more gases in exhaust gases, in which at least one mat and at least one monolith are located inside the frame element such that at least one mat is located between the monolith and each adjacent wall, each blocking element is located across the inlet end or outlet end of the frame element and is connected to two opposite sides of the frame element.
EFFECT: improved frame elements for arrangement of monoliths.
15 cl, 15 dwg

Description

Данное изобретение относится к улучшенному рамному элементу, который поддерживает монолиты, содержащие катализаторы, внутри рамы, где рамный элемент с катализатором сконфигурирован, чтобы быть размещенным в потоке выхлопных газов от двигателя.This invention relates to an improved frame member that supports catalyst containing monoliths within the frame, where the catalyst frame member is configured to be positioned in the exhaust stream from the engine.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ ДАННОМУ ИЗОБРЕТЕНИЮBACKGROUND OF THE INVENTION

Данное изобретение относится к рамным элементам, применяемым в каталитических модулях для обработки выхлопных газов от стационарных источников горения, имеющих систему выпуска выхлопных газов, пропускающую выхлопные газы через опорную конструкцию, содержащую один или более монолитов, каждый из которых содержит один или более катализаторов. Стационарная система сжигания может быть любой системой, которая сжигает топливо на углеводородной основе, которое не применяют в дорожных автомобилях, грузовиках или самолетах. Они могут являться, например, системами, работающими на угле, системами, работающими на жидком топливе (нефти) или газовыми турбинами. Стационарные системы сжигания могут также быть применены для морских судов, где системы сжигания, такие как дизельные двигатели, применяют для больших контейнерных или круизных судов. Стационарные системы сжигания обычно функционируют непрерывным образом при постоянной, статической нагрузке, в то время как мобильные системы сжигания обычно функционируют при переменных нагрузках.This invention relates to frame members used in catalytic modules for treating exhaust gases from stationary combustion sources having an exhaust system that passes exhaust gases through a support structure containing one or more monoliths, each of which contains one or more catalysts. A stationary combustion system can be any system that burns hydrocarbon-based fuels that are not used in road cars, trucks, or airplanes. They can be, for example, coal fired systems, liquid fuel (oil) fueled systems or gas turbines. Stationary combustion systems can also be applied to marine vessels where combustion systems such as diesel engines are used for large container ships or cruise ships. Stationary combustion systems usually operate in a continuous manner under constant, static load, while mobile combustion systems usually operate under varying loads.

Сжигание углеводородов в этих системах и в двигателях, применяемых в передвижной технике, образует выхлопные газы, которые должны быть обработаны, чтобы удалить загрязняющие вещества, такие как оксиды азота (NOx), монооксид углерода (CO) или углеводороды (HC), которые образованы. NOx известны как вызывающие ряд проблем со здоровьем у людей и животных, а также вызывающие ряд эффектов, вредных для окружающей среды, которые включают образование смога и кислотного дождя. CO является токсичным для людей и животных, и HC могут вызывать неблагоприятные воздействия на здоровье. Для того, чтобы уменьшить воздействие на людей и окружающую среду этих загрязняющих веществ, особенно NOx, в выхлопных газах, желательно исключить эти нежелательные компоненты, предпочтительно посредством процесса, который не образует другие вредные или токсичные вещества.Combustion of hydrocarbons in these systems and in engines used in mobile machinery, forms exhaust gases which must be processed to remove contaminants such as nitrogen oxides (NO x), carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (HC), which are formed ... NO x is known to cause a range of health problems in humans and animals, as well as a range of environmental effects, including the formation of smog and acid rain. CO is toxic to humans and animals, and HC can cause adverse health effects. In order to reduce the exposure of people and the environment to these pollutants, especially NO x , in the exhaust gases, it is desirable to eliminate these undesirable components, preferably through a process that does not generate other harmful or toxic substances.

Стационарные системы сжигания могут быть оснащены системой контроля выбросов, которая снабжена каталитическими модулями. Фиг. 1 представляет собой изображение каталитического модуля, известного в данной области техники. Каталитические модули являются структурами, содержащими множество рамных элементов, где каждый рамный элемент может включать множество монолитов, каждый из которых содержит носитель катализатора и один или более катализаторов. Каталитические модули устанавливают в канале для дымовых газов системы контроля выбросов, и дымовые газы, которые должны быть очищены, протекают через монолиты во время функционирования. Канал для дымовых газов может типично иметь площадь поперечного сечения, которая составляет несколько квадратных метров и может составлять от десятков до сотен квадратных метров. Размеры канала для дымовых газов могут в значительной степени зависеть от многих факторов, включая размер двигателя, условия, при которых двигатель функционирует, допустимое противодавление, и т.д. В некоторых случаях, канал для дымовых газов может иметь прямоугольное поперечное сечение с шириной и высотой канала, равными каждая несколько метров, например, 10 м x 10 м. Вся площадь поперечного сечения канала для дымовых газов покрыта одним или более каталитическими модулями. Каталитические модули располагают один рядом с другим, так что все дымовые газы проходят через монолиты, контактируют с катализатором(ами) на монолитах или в них и становятся очищенными. Множество каталитических модулей, например, от двух до пяти, могут быть расположены один рядом с другим в ряды и столбцы, часто включенные в несущий каркас, внутри канала для дымовых газов (Фиг. 2). Каталитические модули сами по себе обычно имеют прямоугольное поперечное сечение с длиной кромки в несколько метров.Stationary combustion systems can be equipped with an emission control system that is equipped with catalytic modules. FIG. 1 is a depiction of a catalytic module known in the art. Catalyst modules are structures containing a plurality of frame elements, where each frame element may include a plurality of monoliths, each of which contains a catalyst carrier and one or more catalysts. The catalytic modules are installed in the flue gas duct of the emission control system and the flue gases to be purified flow through the monoliths during operation. The flue gas duct can typically have a cross-sectional area that is several square meters and can range from tens to hundreds of square meters. The dimensions of the flue gas duct can largely depend on many factors, including the size of the engine, the conditions under which the engine operates, the allowable back pressure, etc. In some cases, the flue gas duct may have a rectangular cross-section with a width and a duct height of several meters, for example 10 mx 10 m. The entire cross-sectional area of the flue gas duct is covered by one or more catalytic modules. The catalytic modules are positioned side by side so that all flue gases pass through the monoliths, contact the catalyst (s) on or in the monoliths and become purified. A plurality of catalyst modules, for example from two to five, can be arranged side by side in rows and columns, often included in a support frame, within the flue gas duct (FIG. 2). The catalytic modules themselves usually have a rectangular cross-section with an edge length of several meters.

В направлении потока дымовых газов, каталитические модули часто располагают в нескольких плоскостях, расположенных одна за другой. В некоторых видах применения, каталитические модули могут быть протянуты на несколько метров и даже вплоть до 10-15 метров в направлении потока (Фиг. 3). Для некоторых видов применения, таких как судовые или газовые турбины, сравнительно жесткие условия окружающей среды в отношении механических напряжений могут присутствовать для каталитических модулей. Например, на морских судах может иметь место подвергание воздействию усилий, в несколько раз превышающих силу тяжести. Кроме того, особенно для больших поперечных сечений каталитических модулей, применяемых с газовыми турбинами, должны приниматься во внимание механические напряжения вследствие землетрясений.In the direction of the flue gas flow, the catalytic modules are often arranged in several planes one behind the other. In some applications, catalyst modules can be extended several meters and even up to 10-15 meters in the direction of flow (Fig. 3). For some applications, such as marine or gas turbines, relatively harsh environmental conditions in terms of mechanical stresses may be present for the catalytic modules. For example, on sea-going vessels, there may be forces that are several times the force of gravity. In addition, especially for large cross-sections of catalytic modules used with gas turbines, mechanical stresses due to earthquakes must be taken into account.

Каталитические модули могут быть сконструированы при применении рамы для штабелирования, в которую вставлено множество узлов рамных элементов, где рамные элементы включают монолиты, содержащие один или более катализаторов. Дымовые газы протекают через отдельные монолиты в направлении потока дымовых газов. Монолиты также известны как катализаторы сотового типа. Эти катализаторы сотового типа обычно изготавливают из керамического материала, и они имеют множество каналов для протекания через монолит в направлении протекания газового потока. В установленном, рабочем состоянии, дымовые газы протекают через проточные каналы в монолите, где они взаимодействуют с катализатором в монолите или в покрытии на поверхности монолита и становятся очищенными.The catalyst modules can be constructed using a stacking frame into which a plurality of frame member assemblies are inserted, where the frame members include monoliths containing one or more catalysts. The flue gas flows through the individual monoliths in the direction of the flue gas flow. Monoliths are also known as honeycomb catalysts. These honeycomb catalysts are typically made of ceramic material and have multiple channels for flowing through the monolith in the direction of gas flow. When installed, the flue gases flow through the flow channels in the monolith where they interact with the catalyst in the monolith or in the coating on the monolith's surface and become purified.

Типичной проблемой, с которой сталкиваются при применении этих систем для обработки, является то, что материал, размещенный между монолитами и частями рамных элементов, чтобы предоставлять уплотнение и, следовательно, газонепроницаемость, т.е. отсутствие байпасного обтекания катализатора, а также, чтобы действовать в качестве амортизатора против вибраций, не может оставаться в месте расположения в течение нормального применения, за исключением случаев, когда материал специально спроектирован и предоставлен в качестве специального типа мата, который имеет сравнительно высокую стоимость. Мат между рамным элементом и монолитом, содержащим один или более катализаторов, размещают в рамном элементе непосредственно перед свариванием рамного элемента. В ситуациях, когда имеют место периодические механические напряжения, которые являются типичными в условиях системы выпуска выхлопных газов, где вибрирование двигателя приводит к ударному и вибрационному воздействию, мат может перемещаться по отношению к раме и монолиту. Это перемещение может приводить к разрушению монолита вследствие сравнительно низкой механической стабильности системы в отношении ударного и вибрационного воздействия.A typical problem faced with these processing systems is that the material is placed between the monoliths and parts of the frame elements in order to provide a seal and therefore gas tightness, i.e. no bypass flow around the catalyst, and also to act as a shock absorber against vibrations, cannot stay in place during normal use, unless the material is specially designed and provided as a special type of mat, which has a relatively high cost. The mat between the frame element and the monolith containing one or more catalysts is placed in the frame element just prior to welding the frame element. In situations where intermittent mechanical stresses occur, which are typical in exhaust system conditions, where engine vibration results in shock and vibration, the mat may move relative to the frame and monolith. This movement can lead to destruction of the monolith due to the relatively low mechanical stability of the system with respect to shock and vibration.

Современные рамные элементы имеют металлические закрылки или выступы, которые частично покрывают впускную и/или выпускную поверхности монолита, так что примерно 15% ячеек катализатора не подвергаются непосредственным образом воздействию потока выхлопных газов.Modern frame elements have metal flaps or projections that partially cover the inlet and / or outlet surfaces of the monolith so that approximately 15% of the catalyst cells are not directly exposed to the exhaust gas stream.

Обычные элементные рамы также имеют блокирующие элементы в центе впускной и выпускной поверхности. Одной из функций блокирующего элемента является защита зазоров между монолитами от непосредственного протекания выхлопных газов. Блокирующий элемент приварен без предварительного напряжения, что приводит к относительно низкой механической стабильности в отношении ударного и вибрационного воздействия.Conventional element frames also have locking elements in the center of the inlet and outlet surfaces. One of the functions of the blocking element is to protect the gaps between the monoliths from the direct flow of exhaust gases. The blocking element is welded without pre-stressing, which results in relatively low mechanical stability with respect to shock and vibration.

Современные конструкции рамных элементов не предоставляют механизм присоединения рамных элементов непосредственным образом один к другому. Возможность присоединения рамных элементов один к другому может устранять необходимость в каталитическом модуле, когда требуется лишь небольшое число рамных элементов.Modern frame element designs do not provide a mechanism for joining frame elements directly to one another. The ability to attach frame elements to one another can eliminate the need for a catalytic module when only a small number of frame elements are required.

Являлось бы также желательным иметь каталитический модуль, который предоставляет возможность экономически эффективному материалу быть размещенному между монолитами и металлической рамой рамного элемента, чтобы предоставлять уплотнение и чтобы предоставлять возможность действия в качестве амортизатора против вибраций, который может оставаться на месте в течение нормального применения и также обеспечивать наибольшее возможное поперечное сечение катализатора, все это при условиях жестких механических напряжений.It would also be desirable to have a catalytic module that allows a cost-effective material to be interposed between the monoliths and the metal frame of the frame element to provide a seal and to act as a vibration damper that can stay in place during normal use and also provide the largest possible catalyst cross-section, all under conditions of severe mechanical stress.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

В первом аспекте данное изобретение относится к рамному элементу для поддержания монолитов, содержащих катализаторы, в потоке выхлопных газов от источников горения, данный рамный элемент содержит две пары противоположных стенок, где стенки образуют прямоугольную или квадратную форму, внутреннее пространство, образованное стенками, впускной конец, выпускной конец, по меньшей мере один блокирующий элемент, по меньшей мере один мат и по меньшей мере один монолит, содержащий впуск, выпуск, четыре боковых стороны и по меньшей мере один катализатор, эффективный в отношении уменьшения концентрации одного или более газов в выхлопных газах, где по меньшей мере один мат и по меньшей мере один монолит расположены внутри рамного элемента при по меньшей мере одном мате между монолитом и каждой смежной стенкой, каждый блокирующий элемент расположен поперек впускного конца или выпускного конца рамного элемента и соединен с двумя противоположными сторонами рамного элемента.In a first aspect, the present invention relates to a frame element for supporting monoliths containing catalysts in an exhaust gas stream from combustion sources, the frame element comprises two pairs of opposing walls, where the walls form a rectangular or square shape, an interior space defined by the walls, an inlet end, an outlet end, at least one blocking element, at least one mat, and at least one monolith comprising an inlet, an outlet, four sides and at least one catalyst effective in reducing the concentration of one or more gases in the exhaust gases, where at least one mat and at least one monolith are located within the frame element with at least one mat between the monolith and each adjacent wall, each blocking element is located across the inlet end or outlet end of the frame element and is connected to two opposite sides of the frame element.

Во втором аспекте данное изобретение относится к каталитическому модулю, содержащему множество рамных элементов в соответствии с первым аспектом данного изобретения.In a second aspect, the present invention relates to a catalytic module comprising a plurality of frame elements in accordance with the first aspect of the present invention.

В другом аспекте данное изобретение относится к системе выпуска выхлопных газов, содержащей рамный элемент в соответствии с первым аспектом данного изобретения.In another aspect, the present invention relates to an exhaust system comprising a frame member in accordance with a first aspect of the present invention.

В еще одном аспекте данное изобретение относится к системе выпуска выхлопных газов, содержащей каталитический модуль в соответствии со вторым аспектом данного изобретения.In yet another aspect, the present invention relates to an exhaust system comprising a catalyst module in accordance with a second aspect of the present invention.

В еще одном аспекте данное изобретение относится к способу изготовления рамного элемента в соответствии с первым аспектом данного изобретения.In another aspect, the present invention relates to a method for manufacturing a frame element in accordance with a first aspect of the present invention.

В другом аспекте данное изобретение относится к способу изготовления каталитического модуля в соответствии со вторым аспектом данного изобретения.In another aspect, the present invention relates to a method for manufacturing a catalyst module in accordance with a second aspect of the present invention.

В еще одном аспекте данное изобретение относится к способу обработки выхлопных газов, данный способ включает прохождение выхлопных газов через монолиты в рамном элементе в соответствии с первым аспектом данного изобретения, где монолиты содержат один или более катализаторов, эффективных в отношении уменьшения концентрации одного или более газов в выхлопных газах.In yet another aspect, this invention relates to a method for treating exhaust gases, the method comprises passing exhaust gases through monoliths in a frame member in accordance with a first aspect of the invention, wherein the monoliths comprise one or more catalysts effective in reducing the concentration of one or more gases in exhaust gases.

В еще одном аспекте данное изобретение относится к способу увеличения количества катализатора, контактирующего с выхлопными газами, данный способ включает прохождение выхлопных газов через каталитический модуль в соответствии со вторым аспектом данного изобретения.In another aspect, this invention relates to a method for increasing the amount of catalyst in contact with exhaust gases, the method comprising passing exhaust gases through a catalytic module in accordance with a second aspect of the invention.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

Фиг. 1 является трехмерным изображением каталитического модуля.FIG. 1 is a 3D view of a catalytic module.

Фиг. 2 является схемой, показывающей расположение модулей в поперечном сечении выпускного канала.FIG. 2 is a diagram showing the arrangement of modules in a cross section of the outlet duct.

Фиг. 3 является схемой, показывающей вид сверху расположения пяти групп модулей, размещенных один за другим в направлении протекания газа внутри выпускного канала.FIG. 3 is a diagram showing a top view of an arrangement of five groups of modules arranged one after another in the direction of gas flow inside the outlet duct.

Фиг. 4 является трехмерным изображением рамного элемента.FIG. 4 is a 3D view of a frame element.

Фиг. 5 является трехмерным изображением рамного элемента с четырьмя монолитами в рамном элементе.FIG. 5 is a 3D view of a frame element with four monoliths in a frame element.

Фиг. 6 представляет собой изображение части рамного элемента, показанной с впускной и/или выпускной стороны, показывающее две части, каждая со смежными стенками и вырезами с впускной и/или выпускной стороны.FIG. 6 is a view of a portion of a frame member shown from the inlet and / or outlet side, showing two portions, each with adjacent walls and cutouts on the inlet and / or outlet side.

Фиг. 7 изображает вид с торца рамного элемента с присоединенным блокирующим элементом.FIG. 7 is an end view of a frame element with a locking element attached.

Фиг. 8 изображает вид сбоку рамного элемента.FIG. 8 is a side view of a frame element.

Фиг. 9 изображает вид поперечного сечения рамного элемента с двумя монолитами в поперечном сечении рамного элемента.FIG. 9 is a cross-sectional view of a frame element with two monoliths in a cross-section of a frame element.

Фиг. 10 изображает вид поперечного сечения выступа на рамном элементе.FIG. 10 is a cross-sectional view of a projection on a frame member.

Фиг. 11 изображает вид сбоку рамного элемента, содержащего четыре монолита.FIG. 11 is a side view of a frame element containing four monoliths.

Фиг. 12 изображает вид сбоку рамного элемента, содержащего шесть монолитов.FIG. 12 is a side view of a frame member containing six monoliths.

Фиг. 13 является трехмерным изображением рамного элемента, имеющего на каждой из сторон выступающую часть для соединения данного рамного элемента с другими рамными элементами.FIG. 13 is a three-dimensional view of a frame element having a protruding portion on each side for connecting the frame element to other frame elements.

Фиг. 14 представляет собой изображение двух соединенных блокирующих элементов с вырезами.FIG. 14 is a view of two interconnected cutout blocking elements.

Фиг. 15 является трехмерным изображением трех рамных элементов со сторонами, имеющими выступающую часть для соединения рамного элемента с другими рамными элементами, где рамные элементы содержат монолиты.FIG. 15 is a 3D view of three frame elements with sides having a protruding portion for connecting the frame element to other frame elements, where the frame elements comprise monoliths.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ДАННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THIS INVENTION

Как использовано в данном описании и в прилагаемой формуле изобретения, формы единственного числа подразумевают включение формы множественного числа, если только из контекста ясно не следует иное. Соответственно, например, ссылка на «катализатор» включает смесь двух катализаторов или более, и т.п.As used in this description and in the appended claims, the singular is intended to include the plural, unless the context clearly indicates otherwise. Accordingly, for example, reference to "catalyst" includes a mixture of two or more catalysts, and the like.

Термин «по существу весь» означает по меньшей мере 90%, предпочтительно по меньшей мере 95%, предпочтительно по меньшей мере 97%.The term "substantially all" means at least 90%, preferably at least 95%, preferably at least 97%.

Термин «носитель» означает инертный материал, на котором закреплен катализатор.The term "carrier" means an inert material on which the catalyst is supported.

Термин «рамный элемент» означает структуру, содержащую четыре стенки, каждая стенка содержит множество выступов, где четыре стенки образуют прямоугольную или квадратную форму и определяют внутреннее пространство рамного элемента таким образом, что содержат множество монолитов, каждый из которых имеет по меньшей мере один мат, покрывающий часть каждой стороны монолита. Рамный элемент может также содержать блокирующий элемент на впускной стороне поперечного сечения, который применяют для защиты материала мата от непосредственного воздействия кинетической энергии прямого потока и чтобы действовать в качестве поперечины для высокой механической стабильности. Рамный элемент может быть изготовлен из стали, где сталь является любой из различных марок стали.The term "frame element" means a structure containing four walls, each wall containing a plurality of protrusions, where the four walls form a rectangular or square shape and define the interior space of the frame element in such a way that they contain a plurality of monoliths, each of which has at least one mat, covering part of each side of the monolith. The frame element may also comprise a blocking element on the inlet side of the cross section, which is used to protect the mat material from the direct kinetic energy of the direct flow and to act as a cross member for high mechanical stability. The frame element can be made of steel, where the steel is any of the various steel grades.

Термин «блокирующий элемент» означает структуру, которая поддерживает монолит в рамном элементе. Блокирующий элемент обычно изготовлен из того же самого материала, что и рамный элемент, т.е. из любой стали из различных марок.The term "blocking element" means a structure that supports a monolith in a frame element. The blocking element is usually made of the same material as the frame element, i.e. from any steel from various grades.

Термин «вырез» означает часть или секцию рамного элемента или блокирующего элемента, которая не присутствует и предоставляет уменьшение в площади поверхности рамного элемента или блокирующего элемента по отношению к потоку выхлопных газов, когда рамный элемент или блокирующий элемент установлен в потоке выхлопных газов. Вырез увеличивает число ячеек в монолите, которые подвергаются непосредственным образом воздействию потока выхлопных газов. Термин «подвергаются непосредственным образом» означает, что выхлопные газы поступают в ячейки в монолите на отверстиях на впускной стороне монолита.The term "cutout" means a portion or section of the frame member or blocking member that is not present and provides a reduction in the surface area of the frame member or blocking member with respect to the exhaust gas flow when the frame member or blocking member is installed in the exhaust stream. The cutout increases the number of cells in the monolith that are directly exposed to the flow of the exhaust gas. The term "directly exposed" means that the exhaust gases enter the cells in the monolith at the openings on the inlet side of the monolith.

«Мат» следует понимать как означающий комбинацию минеральных стеклянных или металлических волокон, например, в форме тканого материала, вязаного материала, нерегулярного слоя или т.п. Мат может также относится к ткани, ваточному холсту или нетканому материалу. Применяемые волокна включают материал, который может противостоять высоким температурам и устойчив к коррозии. Они могут включать, в частности, материал на основе железа, к которому добавлены легирующие элементы, при присутствующем выгодным образом по меньшей мере одном легирующем элементе, выбранном из никеля (8-11 масс.%) или хрома (17-24 масс.%). Один из примеров подходящих волокон содержит 70 масс.% железа, 17 масс.% хрома и 8 масс.% никеля, хотя обычные примеси могут, разумеется, также присутствовать. Мат может быть изготовлен посредством применения волокон, которые являются одинаковыми или различными (например, в отношении длины волокна и диаметра волокна). Применяемые волокна могут также содержать материал на основе минерала или стекла. Мат может находиться в форме единой части или может находиться в форме полос, где полосы покрывают всю сторону или часть одной или более сторон монолита или же окружают лишь часть монолита.“Mat” is to be understood as meaning a combination of mineral glass or metal fibers, for example in the form of a woven fabric, knitted fabric, irregular layer or the like. A mat can also refer to a fabric, fleece, or nonwoven fabric. The fibers used include a material that can withstand high temperatures and is corrosion resistant. They can include, in particular, an iron-based material to which alloying elements have been added, with at least one alloying element advantageously present, selected from nickel (8-11 wt.%) Or chromium (17-24 wt.%) ... One example of suitable fibers contains 70 wt% iron, 17 wt% chromium and 8 wt% nickel, although common impurities may of course also be present. The mat can be made by using fibers that are the same or different (for example, in terms of fiber length and fiber diameter). The fibers used may also contain mineral or glass based material. The mat can be in the form of a single piece, or it can be in the form of stripes, where the stripes cover the entire side or part of one or more sides of the monolith, or surround only part of the monolith.

Термин «каталитический модуль» означает структуру, образованную множеством рамных элементов или содержащую множество рамных элементов.The term "catalytic module" means a structure formed by a plurality of frame members or containing a plurality of frame members.

В первом аспекте данного изобретения рамный элемент для поддержания монолитов, содержащих катализаторы, в потоке выхлопных газов от источников горения содержит две пары противоположных стенок, где стенки образуют прямоугольную или квадратную форму, внутреннее пространство, образованное стенками, впускной конец, выпускной конец, по меньшей мере один блокирующий элемент, по меньшей мере один мат и по меньшей мере один монолит, содержащий впуск, выпуск, четыре боковых стороны и по меньшей мере один катализатор, эффективный в отношении уменьшения концентрации одного или более газов в выхлопных газах, где по меньшей мере один мат и по меньшей мере один монолит расположены внутри рамного элемента при по меньшей мере одном мате между монолитом и каждой смежной стенкой, каждый блокирующий элемент расположен поперек впускного конца или выпускного конца рамного элемента и соединен с двумя противоположными сторонами рамного элемента. По меньшей мере одна стенка, предпочтительно каждая стенка, может содержать множество выступов, которые вытянуты во внутреннее пространство рамного элемента. Множество выступов могут быть сконфигурированы, чтобы контактировать с матом и поддерживать мат на монолите, содержащем один или более катализаторов, когда монолит расположен во внутреннем пространстве рамного элемента.In a first aspect of the present invention, a frame member for supporting monoliths containing catalysts in the exhaust gas stream from combustion sources comprises two pairs of opposing walls, where the walls form a rectangular or square shape, an interior space defined by the walls, an inlet end, an outlet end, at least one blocking element, at least one mat, and at least one monolith comprising an inlet, an outlet, four sides, and at least one catalyst effective in reducing the concentration of one or more gases in the exhaust gas, where at least one mat and at least one monolith is located within the frame element with at least one mat between the monolith and each adjacent wall, each blocking element is located across the inlet end or the outlet end of the frame element and connected to two opposite sides of the frame element. The at least one wall, preferably each wall, can comprise a plurality of projections that extend into the interior of the frame element. The plurality of protrusions can be configured to contact the mat and support the mat on a monolith containing one or more catalysts when the monolith is positioned in the interior of the frame member.

Фиг. 4 является трехмерным изображением рамного элемента. Рамный элемент содержит четыре стенки и для одной или более, предпочтительно для всех стенок, может содержать множество выступов, вытянутых во внутреннее пространство, образованное четырьмя стенками. Рамный элемент может поддерживать множество монолитов во внутреннем пространстве, образованном четырьмя стенками, как показано на Фиг. 5, 11 и 12. Рамный элемент может поддерживать монолиты в различных конфигурациях, таких как 1 к 2, 1 к 3, 3 к 3 и т.д. Длина (глубина) рамного элемента основана на длине монолитов и числе монолитов, которые могут быть размещены последовательно в рамном элементе.FIG. 4 is a 3D view of a frame element. The frame element comprises four walls and for one or more, preferably all of the walls, may comprise a plurality of protrusions extending into the interior space defined by the four walls. The frame member can support a plurality of monoliths in the interior space defined by the four walls, as shown in FIG. 5, 11 and 12. The frame element can support monoliths in various configurations such as 1 to 2, 1 to 3, 3 to 3, etc. The length (depth) of the frame element is based on the length of the monoliths and the number of monoliths that can be placed in series in the frame element.

Когда два монолита или более находятся во внутреннем пространстве рамного элемента, и по меньшей мере два монолита расположены смежным образом друг с другом, по меньшей мере один мат может быть расположен между монолитами, которые расположены смежным образом один рядом с другим. Предпочтительно по меньшей мере часть одного или более матов расположена: (a) между каждой стороной монолита и смежного монолита; и (b) между каждым монолитом и смежной стенкой рамного элемента.When two or more monoliths are in the interior space of the frame element, and at least two monoliths are located adjacent to each other, at least one mat can be positioned between the monoliths that are adjacent to one another. Preferably, at least a portion of one or more mats are located: (a) between each side of the monolith and an adjacent monolith; and (b) between each monolith and an adjacent wall of the frame element.

Рамный элемент может быть сформирован посредством соединения четырех стенок одна с другой, чтобы образовать прямоугольную или квадратную форму, имеющую внутреннее пространство. Предпочтительно, рамный элемент может быть сформирован посредством соединения двух частей, каждая из которых содержит две стенки, совместно. Фиг. 6 показывает вид от впускного конца или выпускного конца двух частей (A и B), каждая из которых содержит две стенки, образованные посредством изгибания единой части. Стенки не показаны, поскольку они вытянуты на фигуре и скрыты посредством частей рамного элемента на входе и/или выходе, которые изогнуты к внутренней стороне рамного элемента. Части рамного элемента на входе и выходе рамного элемента предпочтительно содержат один или более вырезов, которые могут увеличивать площадь подвергания воздействию монолитов, расположенных внутри рамного элемента. Вырезы рамного элемента на входной и выходной стороне могут уменьшать число ячеек в монолите, которые не открыты для воздействия непосредственным образом потока выхлопных газов. Предпочтительно менее чем 10%, более предпочтительно менее чем 8%, еще более предпочтительно менее чем 7%, еще более предпочтительно менее чем 6%, наиболее предпочтительно менее чем 5% ячеек катализатора не подвергаются непосредственным образом воздействию потока выхлопных газов.The frame element can be formed by joining four walls to one another to form a rectangular or square shape having an interior space. Preferably, the frame element can be formed by joining two parts, each of which contains two walls, together. FIG. 6 shows a view from the inlet end or the outlet end of two parts (A and B), each of which contains two walls formed by bending a single part. The walls are not shown because they are elongated in the figure and are hidden by the inlet and / or outlet portions of the frame element that are curved towards the inside of the frame element. The portions of the frame element at the entrance and exit of the frame element preferably comprise one or more cutouts that can increase the area of exposure of the monoliths located within the frame element. The cutouts of the frame member on the inlet and outlet side can reduce the number of cells in the monolith that are not exposed to the direct flow of the exhaust gas. Preferably less than 10%, more preferably less than 8%, even more preferably less than 7%, even more preferably less than 6%, most preferably less than 5% of the catalyst cells are not directly exposed to the exhaust gas stream.

Уменьшение числа ячеек в монолите, которые не подвергаются непосредственным образом воздействию газового потока, может приводить к более низкому противодавлению, увеличению подвергания выхлопных газов воздействию катализаторов и более высокой степени преобразования соединений в выхлопных газах в другие, более желательные соединения.Reducing the number of cells in the monolith that are not directly exposed to the gas stream can result in lower back pressure, increased exposure of the exhaust gases to catalysts, and higher conversion of compounds in the exhaust gases to other more desirable compounds.

Части, содержащие стенку, могут быть соединены совместно, предпочтительно посредством сваривания.The portions containing the wall can be joined together, preferably by welding.

Фиг. 7 изображает вид рамного элемента с впускного или выпускного конца с двумя присоединенными блокирующими элементами. Монолиты с их боковой стенкой, по меньшей мере частично покрытой матами, размещены внутри стенок рамного элемента. Каждый блокирующий элемент может быть соединен с каждой из четырех сторон посредством сваривания. Блокирующие элементы, показанные на Фиг. 7, не имеют вырезов. Предпочтительно блокирующие элементы будут содержать один или более вырезов.FIG. 7 shows an upstream or downstream end view of a frame element with two attached locking elements. Monoliths with their side wall at least partially covered with mats are placed inside the walls of the frame element. Each blocking element can be connected to each of the four sides by welding. The blocking elements shown in FIG. 7, do not have cutouts. Preferably, the blocking elements will comprise one or more cutouts.

Фиг. 8 изображает вид сбоку рамного элемента, где стенка рамного элемента имеет длину, которая является примерно такой же, что и длина монолита. Ширина стенки рамы зависит от того, имеется ли единственный монолит, или более монолитов, предпочтительно два или три, расположены смежным образом один с другим напротив стенки. Когда лишь единственный монолит располагают напротив стенки, ширина стенки примерно эквивалентна размеру монолита напротив стенки плюс толщины двух матов. Когда множество монолитов располагают напротив стенки, ширина стенки примерно эквивалентна сумме размеров монолитов вдоль стенки плюс число монолитов, умноженное на толщины двух матов. В зависимости от того, как соединяют стенки, может потребоваться сделать поправку в отношении толщины стенки и производственного допуска монолитов.FIG. 8 is a side view of a frame element where the wall of the frame element has a length that is about the same as the length of the monolith. The width of the frame wall depends on whether there is a single monolith, or more monoliths, preferably two or three, adjacent to one another opposite the wall. When only a single monolith is placed against the wall, the width of the wall is approximately equivalent to the size of the monolith opposite the wall plus the thickness of the two mats. When multiple monoliths are positioned against a wall, the width of the wall is roughly equivalent to the sum of the dimensions of the monoliths along the wall plus the number of monoliths times the thickness of the two mats. Depending on how the walls are connected, it may be necessary to make adjustments for the wall thickness and manufacturing tolerance of the monoliths.

Фиг. 9 изображает вид поперечного сечения рамного элемента, показывающий каналы через монолиты и выступы в стенках рамного элемента. На этом чертеже два монолита расположены один рядом с другим при их проточных каналах, имеющих одно и то же направление потока. Секция на чертеже, обозначенная «Z», показана увеличенной на Фиг. 10, чтобы показать детали выступов.FIG. 9 is a cross-sectional view of a frame element showing the channels through the monoliths and projections in the walls of the frame element. In this drawing, two monoliths are positioned side by side with their flow channels having the same flow direction. The section in the drawing designated "Z" is shown enlarged in FIG. 10 to show details of the projections.

Два монолита или более могут быть расположены последовательно внутри рамного элемента, как показано на Фиг. 11 и 12. Рамный элемент может содержать множество монолитов, где два монолита или более располагают таким образом, что выпуск первого монолита является смежной с впуском второго монолита, и поток выхлопных газов проходит последовательно через по меньшей мере два монолита. Когда применяют три монолита или более, выхлопные газы, выходящие из второго монолита, могут поступать в третий монолит. В этих конфигурациях, один или более монолитов могут быть расположены ниже по течению потока от одного или более монолитов в направлении протекания выхлопных газов через монолиты в рамном элементе.Two or more monoliths may be positioned in series within the frame element as shown in FIG. 11 and 12. The frame member may comprise a plurality of monoliths, where two or more monoliths are positioned such that the outlet of the first monolith is adjacent to the inlet of the second monolith and the exhaust gas flow passes through at least two monoliths in series. When three or more monoliths are used, the exhaust gases exiting the second monolith may enter the third monolith. In these configurations, one or more monoliths may be located downstream of the one or more monoliths in the direction of flow of exhaust gases through the monoliths in the frame member.

Рамный элемент может содержать множество монолитов, где два монолита или более расположены таким образом, что выпуск одного монолита является смежной с впуском другого монолита, и монолиты содержат катализаторы, обладающие одной и той же функциональностью. Термин «обладающие одной и той же функциональностью» означает, что катализаторы, смежные один с другим, выполняют один и тот же тип химических реакций, таких как селективное каталитическое восстановление (SCR), окисление аммиака, окисление углеводородов, окклюдирование NOx, окклюдирование кислорода, и т.д.The frame element may contain a plurality of monoliths, where two or more monoliths are positioned such that the outlet of one monolith is adjacent to the inlet of another monolith, and the monoliths contain catalysts having the same functionality. The term "having the same functionality" means that catalysts adjacent to one another perform the same type of chemical reactions, such as selective catalytic reduction (SCR), ammonia oxidation, hydrocarbon oxidation, NO x occlusion, oxygen occlusion, etc.

Рамный элемент может содержать множество монолитов, где два из двух или более монолитов расположены таким образом, что выпуск одного монолита является смежной с впуском другого монолита, и монолиты содержат катализаторы, обладающие различной функциональностью. Термин «обладающие различной функциональностью» означает, что катализаторы, расположенные смежным образом один рядом с другим, выполняют разные типы химических реакций. Возможны многочисленные виды конфигурации. Например, за монолитом, содержащим катализаторы для селективного каталитического восстановления (SCR), может следовать монолит, содержащий катализаторы для окисления аммиака. За монолитом, содержащим катализаторы для окисления углеводородов, может следовать монолит, содержащий катализаторы для селективного каталитического восстановления (SCR). За монолитом, содержащим катализатор, предоставляющий окклюдирование NOx, может следовать монолит, содержащий катализаторы для селективного каталитического восстановления (SCR). Другие возможные комбинации катализаторов, известны специалистам в данной области техники.The frame element may contain a plurality of monoliths, where two of two or more monoliths are positioned such that the outlet of one monolith is adjacent to the inlet of another monolith, and the monoliths contain catalysts having different functionality. The term "having different functionality" means that catalysts located adjacent to one another perform different types of chemical reactions. Numerous configurations are possible. For example, a monolith containing catalysts for selective catalytic reduction (SCR) can be followed by a monolith containing catalysts for the oxidation of ammonia. A monolith containing catalysts for the oxidation of hydrocarbons may be followed by a monolith containing catalysts for selective catalytic reduction (SCR). A monolith containing a catalyst providing NO x occlusion may be followed by a monolith containing catalysts for selective catalytic reduction (SCR). Other possible combinations of catalysts are known to those skilled in the art.

По меньшей мере одна стенка рамного элемента может содержать вытянутую секцию, данная вытянутая секция содержит множество отверстий, где отверстия сконфигурированы, чтобы предоставлять крепежному элементу возможность прохождения через отверстие для соединения рамного элемента с другим рамным элементом.At least one wall of the frame element may comprise an elongated section, this elongated section containing a plurality of holes, where the holes are configured to allow the fastening element to pass through an opening to connect the frame element to another frame element.

По меньшей мере две стенки рамного элемента могут содержать вытянутую секцию, содержащую множество отверстий, где отверстия сконфигурированы, чтобы предоставлять крепежному элементу возможность прохождения через отверстие для соединения рамного элемента с другим рамным элементом.The at least two walls of the frame element may comprise an elongated section containing a plurality of holes, where the holes are configured to allow the fastening element to pass through an opening to connect the frame element to another frame element.

Каждая из четырех сторон рамного элемента может содержать вытянутую секцию, содержащую множество отверстий, где отверстия сконфигурированы, чтобы предоставлять крепежному элементу возможность прохождения через отверстие для соединения рамного элемента с другим рамным элементом.Each of the four sides of the frame element may comprise an elongated section containing a plurality of holes, where the holes are configured to allow the fastening element to pass through the hole to connect the frame element to another frame element.

Вытянутые секции могут присутствовать на впускной стороне, выпускной стороне или как на впускной, так и на выпускной сторонах рамного элемента. Фиг. 13 показывает рамный элемент, где каждая из сторон (30) содержит вытянутую секцию (34), содержащую множество отверстий. Два типа отверстий, круглые отверстия и щелевые отверстия, показаны на Фиг. 13. Могут быть использованы другие формы или комбинации форм.The elongated sections can be present on the inlet side, the outlet side, or both the inlet and outlet sides of the frame member. FIG. 13 shows a frame element where each of the sides (30) comprises an elongated section (34) containing a plurality of holes. Two types of holes, circular holes and slots, are shown in FIG. 13. Other shapes or combinations of shapes can be used.

ВыступыProtrusions

Одна из множества стенок, предпочтительно каждая стенка, может содержать множество выступов, вытянутых во внутреннее пространство.One of the plurality of walls, preferably each wall, may comprise a plurality of protrusions extending into the interior space.

Число и размер выступов на стенке могут варьироваться в зависимости от нескольких факторов, включающих, однако не ограниченных ими, физические свойства мата, размер мата и число матов, примененных в расчете на стенку, и размер стенки рамного элемента. Фиг. 7 показывает рамный элемент с каждой стенкой, имеющей 25 выступов в виде матрицы 5×5.The number and size of the wall ridges can vary depending on several factors including, but not limited to, the physical properties of the mat, the size of the mat and the number of mats used per wall, and the wall size of the frame member. FIG. 7 shows a frame element with each wall having 25 projections in a 5 × 5 matrix.

Функцией выступов является поддерживание мата между стенкой и монолитом, чтобы препятствовать разрушению или повреждению монолита посредством сдвиговых усилий. Когда единственный мат применяют, чтобы покрывать все четыре стороны монолита, меньшее число выступов может требоваться, чем когда два или более мата применяют, чтобы покрывать каждую сторону монолита. Если мат находится в форме полос, где две полосы или более применяют на стороне монолита, больше выступов может потребоваться, чем когда единственный мат применяют, чтобы покрыть все четыре стороны монолита. Фиг. 9 изображает вид поперечного сечения выступа на рамном элементе, где выступ имеет высоту (h) и ширину основания (w). Чем больше высота выступа по отношению к площади основания выступа, тем более вероятно, что выступ может нарушать целостность мата в течение нормального применения вследствие вибраций. Однако выступ, имеющий небольшую высоту по сравнению с площадью основания выступа, может менее вероятным образом нарушать целостность мата в течение нормального применения, и сравнительно большое основание способствует улучшению контактирования с большей площадью поверхности мата. Высота выступа может составлять примерно 1 мм и выступ может иметь ширину примерно 6 мм. В зависимости от свойств мата, толщины стенки рамного элемента и материала, могут быть использованы выступы, имеющие другую высоту и величины ширины, такие как, например, 2 мм x 10 мм или 1 мм x 10 мм. Мат может быть разделен на большие полосы, имеющие ширину примерно такую же, что и толщина монолита. Мат может быть затем обернут вокруг монолита, и затем монолит, покрытый матом, может быть расположен в рамном элементе. Мат может также присутствовать в качестве двух или более полос, где суммарная ширина полос составляет менее чем или равна толщине монолита. Когда применяют две полосы, и суммарная ширина полос менее чем толщина монолита, предпочтительно, чтобы полосы были расположены со смещением относительно центра. Рамный элемент сжимают и затем стороны сваривают вместе и блокирующий элемент присоединяют посредством сваривания к четырем стенкам рамного элемента на впускном конце и выпускном конце.The function of the protrusions is to support the mat between the wall and the monolith to prevent shear from breaking or damaging the monolith. When a single mat is used to cover all four sides of the monolith, fewer protrusions may be required than when two or more mats are used to cover each side of the monolith. If the mat is in the form of strips, where two or more strips are applied on the side of the monolith, more protrusions may be required than when a single mat is used to cover all four sides of the monolith. FIG. 9 is a cross-sectional view of a projection on a frame member, where the projection has a height (h) and a base width (w). The greater the height of the lip in relation to the base area of the lip, the more likely it is that the lip can compromise the integrity of the mat during normal use due to vibration. However, a protrusion that is low in height relative to the base area of the protrusion may be less likely to compromise the integrity of the mat during normal use, and a relatively large base helps to improve contact with a larger surface area of the mat. The height of the projection may be about 1 mm and the projection may be about 6 mm wide. Depending on the properties of the mat, the wall thickness of the frame element and the material, projections with different heights and widths can be used, such as, for example, 2 mm x 10 mm or 1 mm x 10 mm. The mat can be divided into large strips having a width of about the same as the thickness of the monolith. The mat can then be wrapped around the monolith and then the mat-covered monolith can be positioned in the frame element. The mat can also be present as two or more strips, where the total width of the strips is less than or equal to the thickness of the monolith. When two strips are used, and the total width of the strips is less than the thickness of the monolith, it is preferable that the strips are located off-center. The frame member is compressed and then the sides are welded together and the blocking member is welded to the four walls of the frame member at the inlet end and outlet end.

Рамный элемент в соответствии с данным изобретением имеет улучшенные открытые передние поверхности для применения катализатора выхлопных газов, при одновременном предоставлении улучшенной механической стабильности в отношении ударного и вибрационного воздействия.The frame element in accordance with this invention has improved open front surfaces for the application of the exhaust gas catalyst, while providing improved mechanical stability with respect to shock and vibration.

МонолитMonolith

Термин «монолит», также известный как катализатор «сотового» типа, означает носитель, имеющий множество тонких, параллельных каналов для протекания газа, протянутых от впускной до выпускной поверхности монолита таким образом, что каналы открыты для протекания текучей среды. Монолит может иметь прямоугольное, предпочтительно квадратное, поперечное сечение и поверхность для втекания потока. Поверхность монолитов может быть любых размеров, предпочтительно между 10 см и 30 см, включительно. Длина монолита в направлении потока обычно находится в интервале от 15 см до 150 см, хотя и другие длины могут быть применены. Ширина рамного элемента в направлении протекания выхлопных газов примерно равна длине монолита.The term "monolith", also known as a "honeycomb" type catalyst, means a carrier having a plurality of thin, parallel gas flow channels extending from the inlet to the outlet surface of the monolith such that the channels are open for fluid flow. The monolith can have a rectangular, preferably square, cross-section and a surface for flowing in. The surface of the monoliths can be of any size, preferably between 10 cm and 30 cm, inclusive. The length of the monolith in the direction of flow is usually in the range from 15 cm to 150 cm, although other lengths can be applied. The width of the frame element in the direction of flow of the exhaust gases is approximately equal to the length of the monolith.

Монолит имеет впуск, выпуск, четыре стороны и множество каналов для протекания (или «ячеек»). Монолиты могут содержать вплоть до примерно 700 или более каналов на квадратный дюйм поперечного сечения, хотя гораздо меньше может быть использовано. Например, для стационарных видов применения носитель типично может иметь от примерно 9 до 600, более обычно от примерно 35 до 300, ячеек на квадратный дюйм («ячеек/кв.дюйм»). Каналы, которые являются по существу прямыми путями от их впускного отверстия для текучей среды до их выпускного отверстия для текучей среды, определены стенками, которые покрыты одним или более катализаторами, эффективными для обработки выхлопных газов, в качестве «покрытия из пористого оксида», так что газы, протекающие через каналы, контактируют с каталитическим материалом.The monolith has an inlet, an outlet, four sides, and multiple flow channels (or "cells"). Monoliths can contain up to about 700 or more channels per square inch of cross section, although much less can be used. For example, for stationary applications, the carrier typically can have from about 9 to 600, more typically from about 35 to 300, cells per square inch ("cells / square inch"). The channels, which are substantially straight paths from their fluid inlet to their fluid outlet, are defined by walls that are coated with one or more catalysts effective for treating exhaust gases as a "porous oxide coating" so that the gases flowing through the channels are in contact with the catalytic material.

Среднему специалисту в данной области техники известны применение и выбор одного или более катализаторов для уменьшения выбросов оксидов азота, монооксида углерода, углеводородов, аммиака и других загрязняющих веществ, чтобы образовывать азот, воду и диоксид углерода, которые являются сравнительно безвредными соединениями. Монолит может содержать один или более катализаторов из катализатора селективного каталитического восстановления (SCR), катализатора окисления аммиака, катализатора окисления углеводородов, катализатора для окклюдирования NOx, катализатора для окклюдирования кислорода, и т.д. Монолит может являться фильтром, таким как керамический фильтр. Могут присутствовать другие виды катализатора. Каналы для протекания в монолитной основе являются тонкостенными каналами, которые могут иметь любую подходящую форму поперечного сечения, такую как трапецеидальную, прямоугольную, квадратную, треугольную, синусоидальную, гексагональную, овальную, круговую, и т.д. Данное изобретение не ограничивается конкретным типом, материалом или геометрией основы. Монолит является обычно экструдированным материалом, предпочтительно керамической основой.One of ordinary skill in the art is familiar with the use and selection of one or more catalysts to reduce emissions of nitrogen oxides, carbon monoxide, hydrocarbons, ammonia and other pollutants to form nitrogen, water and carbon dioxide, which are relatively harmless compounds. The monolith may contain one or more catalysts of a selective catalytic reduction (SCR) catalyst, an ammonia oxidation catalyst, a hydrocarbon oxidation catalyst, a NO x occlusion catalyst, an oxygen occlusion catalyst, etc. The monolith can be a filter such as a ceramic filter. Other types of catalyst may be present. The flow channels in a monolithic base are thin-walled channels that can have any suitable cross-sectional shape such as trapezoidal, rectangular, square, triangular, sinusoidal, hexagonal, oval, circular, etc. This invention is not limited to a particular type, material or geometry of the substrate. The monolith is usually an extruded material, preferably a ceramic base.

Керамические основы могут быть изготовлены из любого подходящего огнеупорного материала, такого как кордиерит, кордиерит-α-глинозем, α-глинозем, карбид кремния, нитрид кремния, диоксид циркония, муллит, сподумен, глинозем-кремнезем-оксид магния, силикат циркония, силлиманит, силикаты магния, циркон, петалит, алюмосиликаты и их смеси. Керамическая основа может обладать каталитической активностью сама по себе. В некоторых случаях, дополнительный каталитический материал не размещают на керамических основах, обладающих каталитической активностью.Ceramic substrates can be made from any suitable refractory material such as cordierite, cordierite-α-alumina, α-alumina, silicon carbide, silicon nitride, zirconia, mullite, spodumene, alumina-silica-magnesium oxide, zirconium silicate, sillimanite, magnesium silicates, zircon, petalite, aluminosilicates and mixtures thereof. The ceramic base can have catalytic activity by itself. In some cases, additional catalytic material is not placed on ceramic substrates that have catalytic activity.

МатыMats

Один или более маты могут образовывать уплотнение, ограничивающее перемещение выхлопных газов вокруг монолита. Маты могут предотвращать непосредственный физический контакт между монолитом и рамным элементом и предоставлять демпфирование в отношении ударного и вибрационного воздействия, приложенного к рамному элементу внешними усилиями. Маты, которые могут быть применены в этом изобретении, известны в данной области техники.One or more mats can form a seal that restricts the movement of exhaust gases around the monolith. The mats can prevent direct physical contact between the monolith and the frame element and provide damping against shock and vibration applied to the frame element by external forces. Mats that can be used in this invention are known in the art.

Единственный мат может покрывать по существу все четыре стороны монолита. По меньшей мере большая часть каждой из четырех сторон монолита может быть покрыта матом. Единственный мат может покрывать по существу все четыре стороны монолита. Одна или более частей мата может окружать весь или почти весь монолит. Мат может быть в форме полос, и полосы могут окружать лишь часть монолита.A single mat can cover essentially all four sides of the monolith. At least most of each of the four sides of the monolith may be matted. A single mat can cover essentially all four sides of the monolith. One or more parts of the mat may surround all or nearly all of the monolith. The mat may be in the form of stripes, and the stripes may only surround part of the monolith.

По меньшей мере большая часть площади по меньшей мере одной стороны монолита может быть покрыта одним или более матами.At least most of the area of at least one side of the monolith may be covered with one or more mats.

По меньшей мере большая часть площади каждой из по меньшей мере двух сторон монолита может быть покрыта одним или более матами.At least most of the area of each of the at least two sides of the monolith may be covered with one or more mats.

По меньшей мере большая часть площади каждой из четырех сторон монолита может быть покрыта одним или более матами.At least most of the area of each of the four sides of the monolith may be covered with one or more mats.

Толщина мата может быть выбрана таким образом, что мат заполняет зазор между монолитом и рамным элементом и предоставляет амортизацию, что делает возможным противостояние монолита поверхностному давлению по меньшей мере примерно 100, предпочтительно примерно 150, более предпочтительно примерно 200 Н/мм2 поверхностного давления, когда рамный элемент сжимают во время сборки.The thickness of the mat can be selected such that the mat fills the gap between the monolith and the frame element and provides cushioning that allows the monolith to resist surface pressure of at least about 100, preferably about 150, more preferably about 200 N / mm 2 surface pressure when the frame element is compressed during assembly.

Толщина одного или более матов, которые применяют с монолитом, может быть определена на основании размера монолита, с которым мат контактирует. Монолиты коммерчески доступны в различных размерах, при производственном допуске каждого размера монолита, зависящем от производителя. Монолит, имеющий поперечное сечение 150×150 мм, может иметь производственный допуск ±3 мм. Посредством наличия матов разной толщины, для монолита, имеющего фактическое поперечное сечение 149×149 мм, может быть применен мат, который толще, чем тот, что применяют для монолита, имеющего поперечное сечение 153×153 мм. Мат, применяемый для монолита, имеющего фактическое поперечное сечение 153×153 мм, может быть тоньше, чем мат, применяемый для монолита, имеющего фактическое поперечное сечение 150×150 мм.The thickness of one or more mats that are used with the monolith can be determined based on the size of the monolith with which the mat is in contact. Monoliths are commercially available in various sizes, with manufacturing tolerances for each monolith size varying from manufacturer. A monolith with a cross-section of 150 × 150 mm can have a manufacturing tolerance of ± 3 mm. By providing mats of different thicknesses, for a monolith having an actual cross section of 149 x 149 mm, a mat that is thicker than that used for a monolith having a cross section of 153 x 153 mm can be used. The mat used for a monolith having an actual cross section of 153 x 153 mm may be thinner than a mat used for a monolith having an actual cross section of 150 x 150 mm.

Когда монолит имеет номинальную ширину N и фактическую ширину A, толщина мата, применяемого с монолитом, имеющим фактическую ширину A, равную номинальной ширине N, составляет B, и желательная толщина мата, применяемого с монолитом, имеющим фактическую ширину C, составляет:When the monolith has a nominal width N and an actual width A, the thickness of the mat used with a monolith having an actual width A equal to the nominal width N is B, and the desired thickness of the mat used with a monolith having an actual width C is:

a) B+(A-C) когда C < A;a) B + (A-C) when C <A;

b) B когда C=A; иb) B when C = A; and

c) B - (C-A) когда C > A,c) B - (C-A) when C> A,

где фактическая толщина мата, применяемого с монолитом, имеющим фактическую ширину C, является наиболее близкой толщиной коммерчески доступного мата материала шириной B.where the actual thickness of the mat used with the monolith having the actual width C is the closest thickness of a commercially available material mat of width B.

Два мата могут быть использованы, чтобы получить желательную толщину.Two mats can be used to achieve the desired thickness.

Блокирующий элементBlocking element

Рамный элемент содержит один или более блокирующих элементов, где каждый блокирующий элемент вытянут вдоль впускного конца и/или выпускного конца рамного элемента и соединен с противоположными стенками рамного элемента. Блокирующие элементы поддерживают монолиты внутри рамного элемента и предотвращают перемещение противоположных стенок рамного элемента. Фиг. 5 и 13 показывают каждая рамный элемент, содержащий четыре монолита в конфигурации 2 на 2 с двумя блокирующими элементами, где каждый блокирующий элемент расположен поверх сторон двух смежных монолитов и зазора между монолитами. В случае рамного элемента с 1 до 3 монолитов, каждая из впускной стороны и выпускной стороны может содержать два блокирующих элемента, при том, что каждый блокирующий элемент расположен поверх зазора между двумя смежными монолитами.The frame element comprises one or more blocking elements, where each blocking element extends along the inlet end and / or the outlet end of the frame element and is connected to opposite walls of the frame element. The blocking elements support the monoliths within the frame element and prevent the opposing walls of the frame element from moving. FIG. 5 and 13 show each frame element containing four monoliths in a 2 by 2 configuration with two blocking elements, where each blocking element is located over the sides of two adjacent monoliths and the gap between the monoliths. In the case of a frame member with 1 to 3 monoliths, each of the inlet side and the outlet side may contain two blocking members, with each blocking member being positioned over a gap between two adjacent monoliths.

Блокирующие элементы предпочтительно содержат один или более вырезов. Вырез предоставляет увеличение в числе секций в монолите, которые подвергаются непосредственным образом воздействию потока выхлопных газов, когда каталитический модуль подвергается воздействию выхлопных газов от источника выхлопных газов. Когда блокирующий элемент не содержит вырезы, большее число секций в монолитах покрыто блокирующим элементом, и это уменьшает число секций, которые вступают в непосредственный контакт с выхлопными газами. Ширина выреза блокирующего элемента является такой, что зазор между монолитами является покрытым. При определении ширины выреза, необходимо учитывать производственный допуск величин ширины монолитов. Блокирующие элементы, расположенные на рамном элементе на впуске и выпуске (впускной и выпускной стороне), могут содержать вырезы таким образом, что предпочтительно менее чем 10%, более предпочтительно менее чем 8%, еще более предпочтительно менее чем 7%, еще более предпочтительно менее чем 6%, наиболее предпочтительно менее чем 5% секций катализатора, не подвергаются непосредственным образом воздействию потока выхлопных газов. Это приводит к более низкому противодавлению и более высокой степени использования монолитов с катализаторами и поэтому к более высокой конверсии.The blocking elements preferably comprise one or more cutouts. The notch provides an increase in the number of sections in the monolith that are directly exposed to the exhaust stream when the catalytic module is exposed to exhaust gases from the exhaust source. When the blocking element does not contain cutouts, more sections in the monoliths are covered with the blocking element, and this reduces the number of sections that come into direct contact with the exhaust gases. The width of the cutout of the blocking element is such that the gap between the monoliths is covered. When determining the cutout width, the manufacturing tolerance of the monolith widths must be taken into account. The blocking elements located on the frame element at the inlet and outlet (inlet and outlet side) may contain cutouts such that preferably less than 10%, more preferably less than 8%, even more preferably less than 7%, even more preferably less than 6%, most preferably less than 5% of the catalyst sections are not directly affected by the exhaust gas stream. This results in lower back pressure and higher utilization of the catalyst monoliths and therefore higher conversions.

Когда по меньшей мере один элемент из (a) стенок рамного элемента на входной стороне и выходной стороне рамного элемента (как показано на Фиг. 6, 7 и 13) и (b) блокирующего элемента (как показано на Фиг. 13 и 14), содержит вырез, величина конверсии по меньшей мере одного из соединения из NH3, NOx, углеводородов и монооксида углерода больше, чем величина для сравнительного рамного элемента, не имеющего вырезов.When at least one of (a) the walls of the frame member on the inlet side and the outlet side of the frame member (as shown in FIGS. 6, 7 and 13) and (b) the blocking member (as shown in FIGS. 13 and 14), contains a notch, the conversion value of at least one of NH 3 , NO x , hydrocarbons and carbon monoxide is greater than that of the comparative frame member having no notches.

Фиг. 7 изображает вид рамного элемента с впускного или выпускного конца с двумя присоединенными блокирующими элементами. Монолиты с их боковой стенкой, по меньшей мере частично покрытой матами, размещены внутри стенок рамного элемента. Каждый блокирующий элемент может быть соединен с противоположными стенками посредством сваривания. Блокирующий элемент предпочтительно приваривают к рамному элементу при предварительном напряжении, которое минимизирует или предотвращает вздутие рамного элемента. Вздутие рамного элемента может приводить к более низкому поверхностному давлению и тем самым к более высокому риску перемещения монолитов под воздействием периодических механических напряжений, таких как ударные и вибрационные воздействия при типичных условиях функционирования системы выпуска выхлопных газов.FIG. 7 shows an upstream or downstream end view of a frame element with two attached locking elements. Monoliths with their side wall at least partially covered with mats are placed inside the walls of the frame element. Each blocking element can be connected to opposite walls by welding. The blocking element is preferably welded to the frame element under prestressing that minimizes or prevents swelling of the frame element. Swelling of the frame member can lead to lower surface pressures and thus a higher risk of displacement of monoliths under the influence of intermittent mechanical stresses such as shock and vibration under typical operating conditions of the exhaust system.

Каталитический модульCatalytic module

В другом аспекте данного изобретения каталитический модуль может содержать рамный элемент в соответствии с первым аспектом данного изобретения.In another aspect of the present invention, the catalytic module may comprise a frame element in accordance with the first aspect of the present invention.

Каталитические модули по данному изобретению могут относиться к одной из двух групп: имеющие периферийную раму и без периферийной рамы.The catalytic modules of the present invention can belong to one of two groups: having a peripheral frame and without a peripheral frame.

Каталитические модули с периферийной рамой известны в данной области техники, как показано, например, на Фиг. 1. Каталитические модули периферийной рамой могут иметь две стороны 10, верхнюю часть 11, нижнюю часть 12 и некоторое число пространств 15, образованных горизонтальными перегородками 13 и вертикальными перегородками 14. Рамный элемент в соответствии с первым аспектом данного изобретения, содержащий множество монолитов, содержащих один или более катализаторов, может быть вставлен в каждое из пространств 15. Предпочтительно рамные элементы содержат один или более блокирующих элементов, как описано выше.Peripheral frame catalyst modules are known in the art, as shown, for example, in FIG. 1. Catalyst modules with a peripheral frame may have two sides 10, an upper part 11, a lower part 12 and a number of spaces 15 defined by horizontal baffles 13 and vertical baffles 14. A frame element in accordance with the first aspect of the present invention, comprising a plurality of monoliths containing one or more catalysts may be inserted into each of the spaces 15. Preferably, the frame members comprise one or more blocking members as described above.

Каталитический модуль без периферийной рамы может быть сформирован посредством комбинирования множества рамных элементов один с другим посредством размещения рамных элементов смежным образом один рядом с другим и расположения рамных элементов поверх других рамных элементов и соединения рамных элементов со смежными рамными элементами (см. Фиг. 15). Каталитический модуль без периферийной рамы является особенно применимым, когда требуется лишь небольшое число монолитов, и возможно избежать чрезмерного веса и сложности в применении каталитического модуля с периферийной рамой.A catalytic module without a peripheral frame can be formed by combining a plurality of frame members with one another by positioning the frame members adjacent to one another and positioning the frame members on top of other frame members and connecting the frame members to the adjacent frame members (see FIG. 15). A catalytic module without a peripheral frame is particularly useful when only a small number of monoliths are required and it is possible to avoid the excessive weight and complexity of the catalytic module with a peripheral frame.

Предпочтительно рамные элементы соединяют со смежными рамными элементами. Смежные рамные элементы могут иметь уплотнительный элемент, такой как мат, расположенный между ними. Рамный элемент может быть соединен со смежными рамными элементами посредством сваривания, адгезивов, которые могут противостоять температурам, вибрациям и ударным воздействиям, которым каталитические модули подвергаются, когда они расположены в потоке выхлопных газов, или механических средств, таких как болты, гайки, анкеры и т.д. Предпочтительно, одна или более сторон рамных элементов содержит выступающую часть.Preferably, the frame members are connected to adjacent frame members. Adjacent frame members may have a sealing member, such as a mat, between them. The frame element can be connected to adjacent frame elements by means of welding, adhesives that can withstand the temperatures, vibrations and impacts that the catalytic modules are subjected to when positioned in the exhaust stream, or mechanical means such as bolts, nuts, anchors, etc. .d. Preferably, one or more sides of the frame elements comprise a projecting portion.

Рамные элементы в каталитическом модуле могут быть расположены, чтобы минимизировать прохождение выхлопных газов обходным образом вокруг рамных элементов, когда каталитический модуль установлен в системе выпуска выхлопных газов.The frame members in the catalytic module can be positioned to minimize the flow of exhaust gases in a circumferential manner around the frame members when the catalytic module is installed in the exhaust system.

Каталитический модуль может содержать множество рамных элементов, где по меньшей мере одна стенка рамного элемента содержит вытянутую секцию, содержащую множество отверстий, где отверстия сконфигурированы, чтобы предоставлять крепежному элементу возможность прохождения через отверстие для соединения рамного элемента с другим рамным элементом, и каждый рамный элемент соединен с одним или более рамными элементами на протяжении вытянутой секции рамных элементов.The catalytic module may comprise a plurality of frame elements, where at least one wall of the frame element comprises an elongated section containing a plurality of holes, where the holes are configured to allow the fastener to pass through an opening to connect the frame element to another frame element, and each frame element is connected with one or more frame members along an extended section of frame members.

Каталитический модуль содержит множество рамных элементов, где по меньшей мере одна стенка рамного элемента содержит вытянутую секцию, содержащую множество отверстий, где отверстия сконфигурированы, чтобы предоставлять крепежному элементу возможность прохождения через отверстие для соединения рамного элемента с другим рамным элементом, и рамные элементы расположены таким образом, что имеет место минимальное прохождение выхлопных газов обходным образом вокруг рамных элементов.The catalytic module contains a plurality of frame elements, where at least one wall of the frame element comprises an elongated section containing a plurality of holes, where the holes are configured to allow the fastening element to pass through an opening to connect the frame element to another frame element, and the frame elements are thus arranged that there is a minimal passage of exhaust gases in a roundabout manner around the frame elements.

Каталитический модуль может содержать множество рамных элементов, где по меньшей мере две стенки рамного элемента содержат вытянутую секцию, содержащую множество отверстий, где отверстия сконфигурированы, чтобы предоставлять крепежному элементу возможность прохождения через отверстие для соединения рамного элемента с другим рамным элементом, и рамные элементы расположены таким образом, что имеет место минимальное прохождение выхлопных газов обходным образом вокруг рамных элементов.The catalytic module may comprise a plurality of frame elements, where at least two walls of the frame element comprise an elongated section containing a plurality of holes, where the holes are configured to allow the fastening element to pass through an opening to connect the frame element to another frame element, and the frame elements are positioned as such in such a way that there is a minimum passage of exhaust gases in a roundabout manner around the frame elements.

Каталитический модуль может содержать множество рамных элементов, где по меньшей мере каждая из четырех сторон рамного элемента содержит вытянутую секцию, содержащую множество отверстий, где отверстия сконфигурированы, чтобы предоставлять крепежному элементу возможность прохождения через отверстие для соединения рамного элемента с другим рамным элементом, и рамные элементы расположены таким образом, что имеет место минимальное прохождение выхлопных газов обходным образом вокруг рамных элементов.The catalytic module may comprise a plurality of frame elements, where at least each of the four sides of the frame element comprises an elongated section containing a plurality of holes, where the holes are configured to allow the fastener to pass through an opening for connecting the frame element to another frame element, and the frame elements arranged in such a way that there is a minimum passage of exhaust gases in a roundabout manner around the frame elements.

Каждый из рамных элементов в каталитическом модуле может быть соединен со смежным рамным элементом, когда рамные элементы содержат вытянутую секцию, содержащую множество отверстий, где отверстия сконфигурированы, чтобы предоставлять крепежному элементу возможность прохождения через отверстие для соединения рамного элемента с другим рамным элементом.Each of the frame members in the catalyst module may be coupled to an adjacent frame member when the frame members comprise an elongated section containing a plurality of holes, where the holes are configured to allow the fastener to pass through an opening to connect the frame member to another frame member.

Каждый из рамных элементов в каталитическом модуле может быть соединен со всеми смежными рамными элементами, когда рамные элементы содержат вытянутую секцию, содержащую множество отверстий, где отверстия сконфигурированы, чтобы предоставлять крепежному элементу возможность прохождения через отверстие для соединения рамного элемента с другим рамным элементом.Each of the frame members in the catalytic module can be connected to all adjacent frame members when the frame members comprise an elongated section containing a plurality of holes, where the holes are configured to allow the fastener to pass through the hole to connect the frame member to another frame member.

Каталитический модуль может дополнительно содержать множество пространств, образованных горизонтальными перегородками и вертикальными перегородками, где рамный элемент, содержащий монолит и один или более матов, расположенных между каждой стороной каждого монолита, присутствует внутри пространства.The catalytic module may further comprise a plurality of spaces defined by horizontal baffles and vertical baffles, where a frame element containing a monolith and one or more mats located between each side of each monolith is present within the space.

Каталитические модули могут быть закреплены непосредственно в выпускном канале или в большем реакционном пространстве, называемым реактором, в потоке выхлопных газов.The catalytic modules can be fixed directly in the outlet or in a larger reaction space, called a reactor, in the exhaust gas stream.

Система выпуска выхлопных газов может содержать рамный элемент в соответствии с первым аспектом данного изобретения.The exhaust system may include a frame member in accordance with the first aspect of the present invention.

Система выпуска выхлопных газов может содержать каталитический модуль, содержащий рамный элемент в соответствии с первым аспектом данного изобретения.The exhaust system may comprise a catalytic module comprising a frame member in accordance with the first aspect of the present invention.

Когда монолит в рамном элементе, отдельно или в каталитическом модуле, содержит катализатор селективного каталитического восстановления (SCR), система выпуска выхлопных газов может дополнительно содержать средство для инжектирования восстановительной текучей среды, например, углеводородного или азотсодержащего восстановителя или их предшественника, в выхлопные газы выше по течению потока от рамного элемента. Предпочтительно данное средство содержит инжектор. Обычному специалисту в данной области понятно, что аммиак или некоторые другие виды восстановителя требуются, когда катализатор селективного каталитического восстановления (SCR) применяют для конвертирования оксидов азота в азот. Такому специалисту будет понятно, каким образом добавлять реагент в выхлопные газы и применять катализатор селективного каталитического восстановления (SCR) в данной системе. Такому специалисту также будет понятно, что средства для инжектирования восстановительной текучей среды в выхлопные газы выше по течению потока хорошо известны в данной области техники.When the monolith in the frame member, alone or in the catalytic module, contains a selective catalytic reduction (SCR) catalyst, the exhaust system may further comprise means for injecting a reducing fluid, such as a hydrocarbon or nitrogen-containing reductant, or a precursor thereof, into the exhaust gases above downstream of the frame element. Preferably, this tool contains an injector. One of ordinary skill in the art will understand that ammonia or some other type of reducing agent is required when a selective catalytic reduction (SCR) catalyst is used to convert nitrogen oxides to nitrogen. Such a person skilled in the art will understand how to add the reactant to the exhaust gases and apply a selective catalytic reduction (SCR) catalyst in this system. Such a person skilled in the art will also appreciate that means for injecting a reducing fluid into the upstream exhaust gases are well known in the art.

В еще одном аспекте данное изобретение относится к способу изготовления рамного элемента в соответствии с первым аспектом данного изобретения. Способ получения рамного элемента в соответствии с первым аспектом данного изобретения включает обертывание каждого монолита матом, размещение обернутого монолита внутри внутреннего пространства рамного элемента перед тем, как блокирующий элемент соединен с рамным элементом, и соединение блокирующих элементов с рамным элементом, наряду с тем, что рамный элемент, содержащий монолит, обернутый матом, подвергают сжимающему усилию. Предпочтительно рамный элемент сжимают при давлении по меньшей мере примерно 100 Н/мм2, предпочтительно по меньшей мере примерно 150 Н/мм2, более предпочтительно по меньшей мере примерно 200 Н/мм2, в зависимости от природы мата.In another aspect, the present invention relates to a method for manufacturing a frame element in accordance with a first aspect of the present invention. A method for producing a frame element in accordance with a first aspect of the present invention includes wrapping each monolith with a mat, placing the wrapped monolith within the interior of the frame element before the blocking element is connected to the frame element, and connecting the blocking elements to the frame element while the frame element is the element containing the mat-wrapped monolith is subjected to a compressive force. Preferably, the frame element is compressed at a pressure of at least about 100 N / mm 2 , preferably at least about 150 N / mm 2 , more preferably at least about 200 N / mm 2 , depending on the nature of the mat.

В другом аспекте данное изобретение относится к способу изготовления каталитического модуля, содержащему множество рамных элементов в соответствии с первым аспектом данного изобретения. Данный способ включает формирование рамного элемента, содержащего один или более монолитов, один или более матов и один или более блокирующих элементов посредством обертывания каждого монолит матом, размещение обернутого монолита внутри рамного элемента, соединение одного или более блокирующих элементов с рамным элементом, наряду с тем, что рамный элемент, содержащий монолит, обернутый матом, подвергают сжимающему усилию, и (a) соединение одного или более рамных элементов один с другим, чтобы сформировать каталитический модуль, или (b) введение рамного элемента, содержащего один или более блокирующих элементов, в перегородку в раме в каталитическом модуле. Предпочтительно рамный элемент сжимают при давлении по меньшей мере примерно 100 Н/мм2, предпочтительно по меньшей мере примерно 150 Н/мм2, более предпочтительно по меньшей мере примерно 200 Н/мм2, в зависимости от природы мата. Обычному специалисту в данной области будут понятны технологии и процедуры, применяемые для изготовления каталитического модуля, имеющего периферийную раму, где рамные элементы, описанные выше, могут быть расположены внутри перегородок в рамном элементе. Таким специалистам будут также понятны технологии и процедуры, применяемые для соединения рамных элементов, содержащих выступающую часть, как описано выше, один с другим при применении механических крепежных элементов.In another aspect, this invention relates to a method for manufacturing a catalyst module comprising a plurality of frame members in accordance with a first aspect of the present invention. This method includes forming a frame element containing one or more monoliths, one or more mats and one or more blocking elements by wrapping each monolith with a mat, placing the wrapped monolith inside the frame element, connecting one or more blocking elements to the frame element, while that a frame element containing a mat-wrapped monolith is subjected to a compressive force, and (a) joining one or more frame elements to one another to form a catalytic module, or (b) introducing a frame element containing one or more blocking elements into a partition in the frame in the catalytic module. Preferably, the frame element is compressed at a pressure of at least about 100 N / mm 2 , preferably at least about 150 N / mm 2 , more preferably at least about 200 N / mm 2 , depending on the nature of the mat. One of ordinary skill in the art will understand the techniques and procedures used to manufacture a catalyst module having a peripheral frame, where the frame members described above may be located within the baffles in the frame member. Those skilled in the art will also understand the techniques and procedures used to connect frame members comprising a projecting portion as described above to one another using mechanical fasteners.

Способ обработки выхлопных газов включает прохождение выхлопных газов через монолит внутри рамного элемента в соответствии с первым аспектом данного изобретения, где монолит содержит один или более катализаторов, эффективных в отношении уменьшения концентрации одного или более газов в выхлопных газах.A method for treating exhaust gases includes passing exhaust gases through a monolith within a frame member in accordance with a first aspect of the present invention, wherein the monolith comprises one or more catalysts effective in reducing the concentration of one or more gases in the exhaust gas.

Способ увеличения количества катализатора, контактирующего с выхлопными газами, включает прохождение выхлопных газов через рамный элемент в соответствии с первым аспектом данного изобретения, где рамный элемент содержит вырез.A method for increasing the amount of catalyst in contact with exhaust gases includes passing exhaust gases through a frame member in accordance with a first aspect of the present invention, wherein the frame member comprises a recess.

Данное изобретение может также быть определено в соответствии с одним или более из следующих определений:This invention may also be defined in accordance with one or more of the following definitions:

1) Рамный элемент для поддержания монолитов, содержащих катализаторы, в потоке выхлопных газов от источников горения, данный рамный элемент содержит две пары противоположных стенок, где стенки образуют прямоугольную или квадратную форму, внутреннее пространство, образованное стенками, впускной конец, выпускной конец, по меньшей мере один блокирующий элемент, по меньшей мере один мат и по меньшей мере один монолит, содержащий впуск, выпуск, четыре боковых стороны и по меньшей мере один катализатор, эффективный в отношении уменьшения концентрации одного или более газов в выхлопных газах, где по меньшей мере один мат и по меньшей мере один монолит расположены внутри рамного элемента при по меньшей мере одном мате между монолитом и каждой смежной стенкой, каждый блокирующий элемент расположен поперек впускного конца или выпускного конца рамного элемента и соединен с двумя противоположными сторонами рамного элемента.1) A frame element for supporting monoliths containing catalysts in the flow of exhaust gases from combustion sources, this frame element contains two pairs of opposite walls, where the walls form a rectangular or square shape, the inner space formed by the walls, an inlet end, an outlet end at least at least one blocking element, at least one mat, and at least one monolith comprising an inlet, an outlet, four sides and at least one catalyst effective in reducing the concentration of one or more gases in the exhaust gas, where at least one the mat and at least one monolith are located within the frame element with at least one mat between the monolith and each adjacent wall, each blocking element is located across the inlet end or the outlet end of the frame element and connected to two opposite sides of the frame element.

2) Рамный элемент по пункту 1), где два монолита или более находятся во внутреннем пространстве рамного элемента, по меньшей мере два монолита расположены смежным образом друг с другом, и по меньшей мере один мат расположен между монолитами, которые расположены смежным образом один рядом с другим.2) Frame element according to item 1), where two or more monoliths are located in the inner space of the frame element, at least two monoliths are located adjacent to each other, and at least one mat is located between the monoliths, which are located adjacently one next to others.

3) Рамный элемент по пункту 1) или 2), где по меньшей мере два блокирующих элемента расположены на впускном конце рамного элемента, и по меньшей мере два блокирующих элемента расположены на выпускном конце рамного элемента.3) The frame element according to 1) or 2), where at least two locking elements are located at the inlet end of the frame element and at least two locking elements are located at the outlet end of the frame element.

4) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 3), где, когда рамный элемент содержит по меньшей мере два монолита, пространство образовано между смежными монолитами, и по меньшей мере один из блокирующих элементов расположен поверх, и предпочтительно в центре, пространства между двумя монолитами.4) A frame element according to any one of items 1) to 3), where, when the frame element contains at least two monoliths, a space is formed between adjacent monoliths, and at least one of the blocking elements is located over, and preferably in the center, the space between two monoliths.

5) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 4), где каждый блокирующий элемент соединен с противоположными стенками посредством сваривания.5) A frame element according to any one of items 1) to 4), where each blocking element is connected to opposite walls by means of welding.

6) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 5), где блокирующий элемент содержит вырез, где вырез обеспечивает увеличение числа секций в монолите, которые подвергаются непосредственным образом воздействию потока выхлопных газов, когда каталитический модуль подвергается воздействию выхлопных газов от источника выхлопных газов.6) The frame element according to any one of items 1) to 5), wherein the blocking element comprises a cutout, where the cutout provides an increase in the number of sections in the monolith that are directly exposed to the exhaust gas stream when the catalytic module is exposed to exhaust gases from the exhaust gas source.

7) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 6), где по меньшей мере один элемент из (a) стенок рамного элемента на впуске и выпуске рамного элемента и (b) блокирующего элемента, содержит вырез, и величина конверсии по меньшей мере одного из соединения из NH3, NOx, углеводородов и монооксида углерода больше, чем величина для сравнительного рамного элемента, не имеющего вырезов.7) A frame element according to any one of paragraphs 1) to 6), where at least one element of (a) the walls of the frame element at the inlet and outlet of the frame element and (b) the blocking element contains a cutout, and the conversion value of at least one from a compound of NH 3 , NO x , hydrocarbons and carbon monoxide is greater than the value for the comparative frame element without cutouts.

8) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 7), где каждая стенка содержит множество выступов, вытянутых во внутреннее пространство.8) A frame element according to any one of items 1) to 7), where each wall contains a plurality of protrusions extended into the interior space.

9) Рамный элемент по пункту 8), где множество выступов сконфигурированы, чтобы контактировать с волокнистым матом и поддерживать волокнистый мат на монолите, содержащем один или более катализаторов, когда монолит расположен во внутреннем пространстве рамного элемента.9) The frame element of claim 8), wherein the plurality of projections are configured to contact the fibrous mat and support the fibrous mat on a monolith containing one or more catalysts when the monolith is positioned in the interior of the frame member.

10) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 9), где по меньшей мере одна стенка рамного элемента содержит вытянутую секцию, содержащую множество отверстий, где отверстия сконфигурированы, чтобы предоставлять крепежному элементу возможность прохождения через отверстие для соединения рамного элемента с другим рамным элементом.10) A frame element according to any one of items 1) to 9), where at least one wall of the frame element comprises an elongated section containing a plurality of holes, where the holes are configured to allow the fastening element to pass through an opening to connect the frame element to another frame element ...

11) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 10), где по меньшей мере две стенки рамного элемента содержат вытянутую секцию, содержащую множество отверстий, где отверстия сконфигурированы, чтобы предоставлять крепежному элементу возможность прохождения через отверстие для соединения рамного элемента с другим рамным элементом.11) A frame element according to any one of items 1) to 10), wherein at least two walls of the frame element comprise an elongated section containing a plurality of holes, where the holes are configured to allow the fastening element to pass through an opening to connect the frame element to another frame element ...

12) Рамный элемент по пунктам 1) - 11), где каждая из четырех сторон рамного элемента содержит вытянутую секцию, содержащую множество отверстий, где отверстия сконфигурированы, чтобы предоставлять крепежному элементу возможность прохождения через отверстие для соединения рамного элемента с другим рамным элементом.12) The frame element according to 1) to 11), where each of the four sides of the frame element comprises an elongated section containing a plurality of holes, where the holes are configured to allow the fastener to pass through the hole to connect the frame element to another frame element.

13) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 12), где по меньшей мере большая часть площади по меньшей мере одной стороны монолита покрыта одним или более матами.13) A frame element according to any one of items 1) to 12), wherein at least a large part of the area of at least one side of the monolith is covered with one or more mats.

14) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 13), где по меньшей мере большая часть площади каждой из по меньшей мере двух сторон монолита покрыта одним или более матами.14) A frame element according to any one of items 1) to 13), wherein at least most of the area of each of the at least two sides of the monolith is covered with one or more mats.

15) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 14), где по меньшей мере большая часть площади каждой из четырех сторон монолита покрыта одним или более матами.15) A frame element according to any one of items 1) to 14), wherein at least most of the area of each of the four sides of the monolith is covered with one or more mats.

16) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 15), где мат находится в форме полос, и полосы окружают лишь часть монолита.16) The frame element according to any of paragraphs 1) - 15), where the mat is in the form of stripes, and the stripes surround only part of the monolith.

17) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 16), где толщина мата выбрана таким образом, что мат заполняет зазор между монолитом и рамным элементом и предоставляет амортизацию, что делает возможным противостояние монолита поверхностному давлению по меньшей мере примерно 100, предпочтительно по меньшей мере примерно 150, более предпочтительно по меньшей мере примерно 200 Н/мм2 поверхностного давления, когда рамный элемент сжимают во время сборки.17) A frame element according to any one of items 1) to 16), wherein the thickness of the mat is chosen such that the mat fills the gap between the monolith and the frame element and provides cushioning, which makes it possible for the monolith to resist surface pressure of at least about 100, preferably at least at least about 150, more preferably at least about 200 N / mm 2 surface pressure when the frame member is compressed during assembly.

18) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 17), где монолит имеет номинальную ширину N и фактическую ширину A, толщина мата, применяемого с монолитом, имеющим фактическую ширину A, равную номинальной ширине N, составляет B, и желательная толщина мата, применяемого с монолитом, имеющим фактическую ширину C, составляет:18) A frame element according to any one of items 1) to 17), where the monolith has a nominal width N and an actual width A, the thickness of the mat used with a monolith having an actual width A equal to the nominal width N is B, and the desired thickness of the mat, used with a monolith having an actual width C is:

a) B+(A-C) когда C < A;a) B + (A-C) when C <A;

b) B когда C=A; иb) B when C = A; and

c) B - (C-A) когда C > A,c) B - (C-A) when C> A,

где фактическая толщина мата, применяемого с монолитом, имеющим фактическую ширину C, является наиболее близкой толщиной коммерчески доступного мата материала шириной B.where the actual thickness of the mat used with the monolith having the actual width C is the closest thickness of a commercially available material mat of width B.

19) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 18), где один или более матов образуют уплотнение, ограничивающее перемещение выхлопных газов вокруг монолита.19) A frame element according to any one of items 1) to 18), wherein one or more mats form a seal restricting the movement of exhaust gases around the monolith.

20) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 19), где монолит содержит катализатор селективного каталитического восстановления (SCR).20) A frame element according to any one of items 1) to 19), wherein the monolith comprises a selective catalytic reduction (SCR) catalyst.

21) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 20), где монолит содержит катализатор окисления.21) The frame element according to any one of paragraphs 1) to 20), where the monolith contains an oxidation catalyst.

22) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 21), где монолит является фильтром.22) A frame element according to any one of paragraphs 1) - 21), where the monolith is a filter.

23) Рамный элемент по любому из пунктов 1) - 22), где рамный элемент содержит множество монолитов, и два или более монолитов расположены таким образом, что выпуск одного монолита является смежной с впуском другого монолита, и поток выхлопных газов проходит последовательно через по меньшей мере два монолита.23) The frame element according to any one of paragraphs 1) - 22), where the frame element contains a plurality of monoliths, and two or more monoliths are arranged so that the outlet of one monolith is adjacent to the inlet of another monolith, and the exhaust gas flow passes sequentially through at least at least two monoliths.

24) Рамный элемент по пункту 23), где два монолита или более расположены таким образом, что выпуск одного монолита является смежной с впуском другого монолита, и монолиты содержат катализаторы, обладающие одной и той же функциональностью.24) The frame element of item 23), wherein two or more monoliths are positioned such that the outlet of one monolith is adjacent to the inlet of another monolith, and the monoliths contain catalysts having the same functionality.

25) Рамный элемент по пункту 23), где два из двух или более монолитов расположены таким образом, что выпуск одного монолита является смежной с впуском другого монолита, и монолиты содержат катализаторы, обладающие различной функциональностью.25) A frame element according to item 23), where two of two or more monoliths are positioned such that the outlet of one monolith is adjacent to the inlet of another monolith, and the monoliths contain catalysts having different functionalities.

26) Каталитический модуль, содержащий множество рамных элементов по любому одному из пунктов 1) - 25).26) A catalytic module containing a plurality of frame elements according to any one of paragraphs 1) - 25).

27) Каталитический модуль по пункту 26), где рамные элементы расположены, чтобы минимизировать прохождение выхлопных газов обходным образом вокруг рамных элементов, когда каталитический модуль установлен в системе выпуска выхлопных газов.27) Catalyst module according to item 26), where the frame members are located to minimize the passage of exhaust gases around the frame members when the catalytic module is installed in the exhaust system.

28) Каталитический модуль, содержащий множество рамных элементов по одному или нескольким пунктам из 10), 11) и 12), где каждый рамный элемент соединен с одним или более рамными элементами на протяжении вытянутой секции рамных элементов.28) A catalytic module comprising a plurality of frame members according to one or more of 10), 11) and 12), where each frame member is connected to one or more frame members along an elongated section of the frame members.

29) Каталитический модуль, содержащий множество рамных элементов по одному или нескольким пунктам 10), 11) и 12), где рамные элементы расположены таким образом, что имеет место минимальное прохождение выхлопных газов обходным образом вокруг рамных элементов.29) A catalytic module containing a plurality of frame members according to one or more of items 10), 11) and 12), where the frame members are arranged in such a way that there is a minimum passage of exhaust gases in a roundabout manner around the frame members.

30) Каталитический модуль по любому одному из пунктов 26) - 29), где каждый из рамных элементов соединен со смежным рамным элементом.30) The catalytic module according to any one of items 26) to 29), where each of the frame elements is connected to an adjacent frame element.

31) Каталитический модуль по любому одному из пунктов 26) - 29), где каждый из рамных элементов соединен со всеми смежными рамными элементами.31) The catalytic module according to any one of items 26) to 29), where each of the frame members is connected to all adjacent frame members.

32) Каталитический модуль по любому одному из пунктов 26) - 31), где каталитический модуль дополнительно содержит множество пространств, образованных горизонтальными перегородками и вертикальными перегородками, где рамный элемент, содержащий монолит и один или более матов, расположенных между каждой стороной каждого монолита, присутствует внутри пространства.32) The catalytic module according to any one of paragraphs 26) - 31), where the catalytic module further comprises a plurality of spaces formed by horizontal partitions and vertical partitions, where a frame element containing a monolith and one or more mats located between each side of each monolith is present inside the space.

33) Система выпуска выхлопных газов, содержащая рамный элемент по любому одному из пунктов 1) - 25).33) An exhaust system containing a frame element according to any one of paragraphs 1) - 25).

34) Система выпуска выхлопных газов, содержащая каталитический модуль по любому одному из пунктов 26) - 32).34) An exhaust system containing a catalytic module according to any one of paragraphs 26) - 32).

35) Система выпуска выхлопных газов по пункту 33) или 34), дополнительно содержащая средство для образования NH3 в выхлопных газах, где данное средство для образования NH3 расположено перед рамным элементом или каталитическим модулем.35) An exhaust system according to 33) or 34), further comprising means for generating NH 3 in the exhaust gases, where the means for generating NH 3 is located in front of the frame element or catalytic module.

36) Способ получения рамного элемента по любому одному из пунктов 1) -25), данный способ включает обертывание каждого монолита матом, размещение обернутого монолита внутри внутреннего пространства рамного элемента перед тем, как блокирующий элемент соединен с рамным элементом, и соединение блокирующих элементов с рамным элементом, наряду с тем, что рамный элемент, содержащий монолит, обернутый матом, подвергают сжимающему усилию.36) A method for producing a frame element according to any one of items 1) -25), this method includes wrapping each monolith with a mat, placing the wrapped monolith inside the inner space of the frame element before the blocking element is connected to the frame element, and connecting the blocking elements to the frame element, while the frame element containing the monolith, wrapped with a mat, is subjected to a compressive force.

37) Способ по пункту 36), где рамный элемент сжимают при давлении по меньшей мере примерно 100 Н/мм2, предпочтительно по меньшей мере примерно 150 Н/мм2, более предпочтительно по меньшей мере примерно 200 Н/мм2.37) The method of claim 36), wherein the frame member is compressed at a pressure of at least about 100 N / mm 2 , preferably at least about 150 N / mm 2 , more preferably at least about 200 N / mm 2 .

38) Способ получения каталитического модуля по любому одному из пунктов 26) - 32), данный способ включает формирование рамного элемента, содержащего один или более монолитов, один или более матов и один или более блокирующих элементов посредством обертывания каждого монолит матом, размещение обернутого монолита внутри рамного элемента, соединение одного или более блокирующих элементов с рамным элементом, наряду с тем, что рамный элемент, содержащий монолит, обернутый матом, подвергают сжимающему усилию, и (a) соединение одного или более рамных элементов один с другим, чтобы сформировать каталитический модуль, или (b) введение рамного элемента, содержащего один или более блокирующих элементов, в перегородку в раме в каталитическом модуле.38) A method of obtaining a catalytic module according to any one of paragraphs 26) to 32), this method includes forming a frame element containing one or more monoliths, one or more mats and one or more blocking elements by wrapping each monolith with a mat, placing the wrapped monolith inside of the frame element, connecting one or more blocking elements to the frame element while subjecting the frame element containing the mat-wrapped monolith to a compressive force, and (a) connecting one or more of the frame elements to one another to form a catalytic module, or (b) introducing a frame member containing one or more blocking members into a baffle in the frame in the catalytic module.

39) Способ по пункту 38), где сжимающее усилие составляет по меньшей мере примерно 100 Н/мм2, предпочтительно по меньшей мере примерно 150 Н/мм2, более предпочтительно по меньшей мере примерно 200 Н/мм2.39) The method of claim 38), wherein the compressive force is at least about 100 N / mm 2 , preferably at least about 150 N / mm 2 , more preferably at least about 200 N / mm 2 .

40) Способ обработки выхлопных газов, данный способ включает прохождение выхлопных газов через монолит внутри рамного элемента по любому одному из 1) - 25), где монолит содержит один или более катализаторов, эффективных в отношении уменьшения концентрации одного или более газов в выхлопных газах.40) A method for treating exhaust gases, the method comprises passing exhaust gases through a monolith within a frame element according to any one of 1) to 25), wherein the monolith comprises one or more catalysts effective in reducing the concentration of one or more gases in the exhaust gases.

41) Способ увеличения количества катализатора, контактирующего с выхлопными газами, данный способ включает прохождение выхлопных газов через рамный элемент по пункту 6) или 7).41) A method of increasing the amount of catalyst in contact with the exhaust gases, the method comprises passing the exhaust gases through the frame member according to item 6) or 7).

Claims (19)

1. Рамный элемент для поддержания монолитов, содержащих катализаторы, в потоке выхлопных газов от источников горения, рамный элемент содержит две пары противоположных стенок, где стенки выполнены с возможностью образования прямоугольной или квадратной формы, внутреннее пространство, образованное стенками, впускной конец, выпускной конец, по меньшей мере один блокирующий элемент, по меньшей мере один мат и по меньшей мере один монолит, содержащий впуск, выпуск, четыре стороны и по меньшей мере один катализатор, эффективный в отношении уменьшения концентрации одного или более газов в выхлопных газах, где по меньшей мере один мат и по меньшей мере один монолит расположены во внутреннем пространстве рамного элемента так, что по меньшей мере один мат расположен между монолитом и каждой смежной стенкой, каждый блокирующий элемент проходит поперек впускного конца или выпускного конца рамного элемента и соединен с двумя противоположными сторонами рамного элемента, причем одна или более стенок содержит множество выступов, проходящих во внутреннее пространство.1. A frame element for supporting monoliths containing catalysts in the flow of exhaust gases from combustion sources, the frame element contains two pairs of opposite walls, where the walls are made with the possibility of forming a rectangular or square shape, the inner space formed by the walls, the inlet end, the outlet end, at least one blocking element, at least one mat, and at least one monolith comprising an inlet, an outlet, four sides and at least one catalyst effective in reducing the concentration of one or more gases in the exhaust gas, where at least one mat and at least one monolith are located in the inner space of the frame element so that at least one mat is located between the monolith and each adjacent wall, each blocking element extends across the inlet end or outlet end of the frame element and is connected to two opposite sides of the frame element , with one or more walls contains many protrusions that extend into the interior space. 2. Элемент по п.1, в котором каждая стенка содержит множество выступов, проходящих во внутреннее пространство.2. An element according to claim 1, wherein each wall comprises a plurality of projections extending into the interior space. 3. Элемент по п. 1 или 2, в котором два монолита или более расположены во внутреннем пространстве рамного элемента, по меньшей мере два монолита расположены смежным образом друг с другом и по меньшей мере один мат расположен между монолитами, которые расположены смежным образом друг с другом.3. The element according to claim. 1 or 2, in which two or more monoliths are located in the inner space of the frame element, at least two monoliths are located adjacent to each other and at least one mat is located between the monoliths, which are located adjacent to each other friend. 4. Элемент по любому из предшествующих пунктов, в котором по меньшей мере два блокирующих элемента расположены на впускном конце рамного элемента и по меньшей мере два блокирующих элемента расположены на выпускном конце рамного элемента.4. An element according to any one of the preceding claims, in which at least two locking elements are located at the inlet end of the frame element and at least two locking elements are located at the outlet end of the frame element. 5. Элемент по любому из предшествующих пунктов, в котором, когда элемент содержит по меньшей мере два монолита, пространство образовано между смежными монолитами и по меньшей мере один из блокирующих элементов расположен поверх и предпочтительно в центре пространства между двумя монолитами.5. An element according to any one of the preceding claims, wherein when the element comprises at least two monoliths, a space is formed between adjacent monoliths and at least one of the blocking elements is located over and preferably in the center of the space between two monoliths. 6. Элемент по любому из предшествующих пунктов, в котором толщина мата выбрана так, что мат выполнен с возможностью заполнения зазора между монолитом и рамным элементом и обеспечения амортизации, что делает возможным противостояние монолита поверхностному давлению по меньшей мере 100 Н/мм2 поверхностного давления, при сжатии рамного элемента во время сборки.6. An element according to any one of the preceding claims, in which the thickness of the mat is chosen so that the mat is configured to fill the gap between the monolith and the frame element and provide cushioning, which makes it possible for the monolith to resist surface pressure of at least 100 N / mm 2 surface pressure, when the frame element is compressed during assembly. 7. Элемент по любому из предшествующих пунктов, в котором монолит имеет номинальную ширину N и фактическую ширину A, толщина мата, применяемого с монолитом, имеющим фактическую ширину A, равную номинальной ширине N, составляет B, и желательная толщина мата, применяемого с монолитом, имеющим фактическую ширину C, составляет:7. A member according to any of the preceding claims, wherein the monolith has a nominal width N and an actual width A, the thickness of the mat used with the monolith having an actual width A equal to the nominal width N is B, and the desired thickness of the mat used with the monolith, having the actual width C is: a) B + (A-C), когда C < A;a) B + (A-C) when C <A; b) B, когда C=A; иb) B when C = A; and c) B - (C-A), когда C > A,c) B - (C-A) when C> A, в котором фактическая толщина мата, применяемого с монолитом, имеющим фактическую ширину C, является наиболее близкой толщиной коммерчески доступного мата материала шириной B.in which the actual thickness of the mat used with the monolith having the actual width C is the closest to the thickness of a commercially available material mat of width B. 8. Элемент по любому из предшествующих пунктов, в котором монолит содержит катализатор селективного каталитического восстановления (SCR); катализатор окисления или фильтр.8. An element according to any one of the preceding claims, in which the monolith contains a selective catalytic reduction (SCR) catalyst; oxidation catalyst or filter. 9. Элемент по любому из предшествующих пунктов, содержащий множество монолитов, в котором два монолита или более расположены так, что выпуск одного монолита является смежным с впуском другого монолита, и поток выхлопных газов проходит последовательно через по меньшей мере два монолита.9. An element according to any one of the preceding claims, comprising a plurality of monoliths, wherein two or more monoliths are positioned such that the outlet of one monolith is adjacent to the inlet of the other monolith and the exhaust gas flow passes through at least two monoliths in series. 10. Элемент по п. 9, в котором два монолита или более расположены так, что выпуск одного монолита является смежным с впуском другого монолита, и монолиты содержат катализаторы, обладающие одной и той же или различной функциональностью.10. An element according to claim 9, wherein two or more monoliths are positioned such that the outlet of one monolith is adjacent to the inlet of another monolith, and the monoliths comprise catalysts having the same or different functionality. 11. Каталитический модуль, содержащий множество рамных элементов по любому из предшествующих пунктов.11. A catalytic module comprising a plurality of frame members according to any one of the preceding claims. 12. Система выпуска выхлопных газов, содержащая рамный элемент по любому одному из пп. 1-10 или каталитический модуль по п.11.12. An exhaust system containing a frame element according to any one of paragraphs. 1-10 or the catalytic module of claim 11. 13. Способ получения рамного элемента по любому одному из пп. 1-10, способ включает обертывание каждого монолита матом, размещение обернутого монолита внутри внутреннего пространства рамного элемента перед соединением блокирующего элемента с рамным элементом и соединение блокирующих элементов с рамным элементом при подвергании элемента, содержащего монолит, обернутый матом, воздействию сжимающим усилием.13. A method of obtaining a frame element according to any one of paragraphs. 1-10, the method includes wrapping each monolith with a mat, placing the wrapped monolith within the interior of the frame element prior to joining the locking element to the frame element, and connecting the locking elements to the frame element when subjecting the element containing the mat-wrapped monolith to a compressive force. 14. Способ получения каталитического модуля по п.11, способ включает формирование рамного элемента по способу по п. 13 и либо: (a) соединение одного или более рамных элементов один с другим с формированием каталитического модуля; либо (b) введение рамного элемента, содержащего один или более блокирующих элементов, в перегородку в раме в каталитическом модуле.14. The method of obtaining a catalytic module according to claim 11, the method includes forming a frame element according to the method according to claim 13 and either: (a) connecting one or more frame elements to one another to form a catalytic module; or (b) introducing a frame member containing one or more blocking members into a baffle in a frame in the catalytic module. 15. Способ обработки выхлопных газов, способ включает прохождение выхлопных газов через катализированный монолит внутри рамного элемента по любому одному из пп. 1-10.15. A method for treating exhaust gases, the method includes passing the exhaust gases through a catalyzed monolith inside the frame element according to any one of claims. 1-10.
RU2018123318A 2015-12-07 2016-12-06 Improved frame elements for arrangement of monoliths RU2738702C2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562263901P 2015-12-07 2015-12-07
US62/263,901 2015-12-07
PCT/GB2016/053833 WO2017098224A1 (en) 2015-12-07 2016-12-06 Improved frame elements for containing monoliths

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020136405A Division RU2774933C2 (en) 2015-12-07 2016-12-06 Improved frame elements for placing monoliths

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2018123318A RU2018123318A (en) 2020-01-09
RU2018123318A3 RU2018123318A3 (en) 2020-04-14
RU2738702C2 true RU2738702C2 (en) 2020-12-15

Family

ID=57544467

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018123318A RU2738702C2 (en) 2015-12-07 2016-12-06 Improved frame elements for arrangement of monoliths

Country Status (11)

Country Link
US (2) US10533475B2 (en)
EP (2) EP3387232B1 (en)
JP (1) JP6900377B2 (en)
KR (1) KR20180091038A (en)
CN (2) CN108431379B (en)
DE (1) DE112016005587T5 (en)
DK (2) DK3387232T3 (en)
HK (1) HK1258144A1 (en)
MX (1) MX2018006888A (en)
RU (1) RU2738702C2 (en)
WO (1) WO2017098224A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2804789C2 (en) * 2022-03-30 2023-10-05 Общество с ограниченной ответственностью "Компания "Экомаш-КН" Catalytic converter and catalytic unit

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018017848A1 (en) * 2016-07-21 2018-01-25 Cummins Emission Solutions Inc. Polygonal substrate housings and assemblies
US9903111B1 (en) * 2017-02-14 2018-02-27 Orial Nir Construction assembly and method for laying blocks
US10364728B2 (en) * 2017-12-12 2019-07-30 Caterpillar Inc. System and method for assembling an exhaust aftertreatment assembly
JP7085431B2 (en) * 2018-07-13 2022-06-16 三菱重工エンジニアリング株式会社 Catalytic reactor
CN108732928A (en) * 2018-09-19 2018-11-02 南京蔚岚环境技术研究院有限公司 Hydrocone type industrial source denitration control system and control method
US11555621B1 (en) * 2019-04-05 2023-01-17 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Adapter for modular catalytic monoliths
GB201917634D0 (en) * 2019-12-03 2020-01-15 Johnson Matthey Catalysts Germany Gmbh Element frame assemblies containing monoliths
KR102627990B1 (en) * 2023-05-02 2024-01-29 (주)제하 Smoke reduction device applied to ships or vehicles

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07213865A (en) * 1994-02-03 1995-08-15 Babcock Hitachi Kk Catalyst unit
JPH1133409A (en) * 1997-07-23 1999-02-09 Hitachi Zosen Corp Catalyst module
EP2902601A1 (en) * 2012-09-27 2015-08-05 Hitachi Zosen Corporation Exhaust gas denitration device
KR20150107385A (en) * 2014-03-14 2015-09-23 현대머티리얼 주식회사 Mounting device for large catalyst reactor

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5714904Y2 (en) * 1977-03-19 1982-03-27
JPS53128345A (en) 1977-04-15 1978-11-09 Canon Inc Corona discharger
JPS6017217Y2 (en) * 1980-05-19 1985-05-27 三菱重工業株式会社 Solid-gas contact reactor
DE8605649U1 (en) * 1986-03-01 1986-04-17 Degussa Ag, 6000 Frankfurt Device for holding monolith catalysts
JPH05220347A (en) * 1992-02-12 1993-08-31 Babcock Hitachi Kk Device of nox removing catalyst
US5395600A (en) * 1993-07-13 1995-03-07 W. R. Grace & Co.-Conn. Corrugated thin metal monolith converter
JP4535416B2 (en) * 2001-02-20 2010-09-01 三菱重工環境・化学エンジニアリング株式会社 Exhaust gas treatment device having a honeycomb catalyst filled pallet
JP2005307762A (en) * 2004-04-16 2005-11-04 Calsonic Kansei Corp Holding structure and holding method for ceramic catalyst carrier
US20070033803A1 (en) * 2005-08-09 2007-02-15 Lawrukovich Michael P Methods for substrate retention
JP2009264186A (en) 2008-04-23 2009-11-12 Ibiden Co Ltd Holding sealing material, method for manufacturing holding sealing material, and exhaust gas purifying apparatus
US20090293464A1 (en) * 2008-05-30 2009-12-03 Caterpillar Inc. Assembly and method of assembly for exhaust treatment
US20110030355A1 (en) * 2009-08-10 2011-02-10 Vconverter Company Catalytic Converter and Process of Manufacture
PL2698188T3 (en) * 2012-08-17 2018-05-30 Pall Corporation Catalytic filter module and catalytic filter system comprising same
DE102014203617A1 (en) * 2014-02-27 2015-08-27 Johnson Matthey Catalysts (Germany) Gmbh Catalyst module, receiving unit for such a catalyst module and method for producing such a catalyst module
DE102014203618A1 (en) * 2014-02-27 2015-08-27 Johnson Matthey Catalysts (Germany) Gmbh Catalyst module, receiving unit for such a catalyst module and method for producing such a catalyst module

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07213865A (en) * 1994-02-03 1995-08-15 Babcock Hitachi Kk Catalyst unit
JPH1133409A (en) * 1997-07-23 1999-02-09 Hitachi Zosen Corp Catalyst module
EP2902601A1 (en) * 2012-09-27 2015-08-05 Hitachi Zosen Corporation Exhaust gas denitration device
KR20150107385A (en) * 2014-03-14 2015-09-23 현대머티리얼 주식회사 Mounting device for large catalyst reactor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2804789C2 (en) * 2022-03-30 2023-10-05 Общество с ограниченной ответственностью "Компания "Экомаш-КН" Catalytic converter and catalytic unit

Also Published As

Publication number Publication date
HK1258144A1 (en) 2019-11-08
KR20180091038A (en) 2018-08-14
EP3387232A1 (en) 2018-10-17
EP3567230A1 (en) 2019-11-13
RU2018123318A3 (en) 2020-04-14
CN112253297A (en) 2021-01-22
JP6900377B2 (en) 2021-07-07
DE112016005587T5 (en) 2018-10-11
CN112253297B (en) 2022-09-13
RU2020136405A3 (en) 2022-02-04
EP3567230B1 (en) 2020-10-28
EP3387232B1 (en) 2019-11-20
DK3387232T3 (en) 2020-02-24
US10533475B2 (en) 2020-01-14
US11181029B2 (en) 2021-11-23
CN108431379B (en) 2021-12-21
DK3567230T3 (en) 2021-02-01
US20170159529A1 (en) 2017-06-08
RU2020136405A (en) 2020-12-24
JP2019504236A (en) 2019-02-14
WO2017098224A1 (en) 2017-06-15
MX2018006888A (en) 2018-11-09
CN108431379A (en) 2018-08-21
US20200095914A1 (en) 2020-03-26
RU2018123318A (en) 2020-01-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2738702C2 (en) Improved frame elements for arrangement of monoliths
US9504960B2 (en) Exhaust gas reduction device for heavy equipment
EP1931451B1 (en) A scr catalytic converter without nh3 or urea injection
US10036294B2 (en) Aftertreatment module with reduced bypass flow
EP3181843B1 (en) Catalyzed particulate filter
EP2260924A1 (en) Reactor and method for reducing the nitrogen oxide content of a gas
EP1697621B1 (en) Apparatus for purifying exhaust gas
US10364728B2 (en) System and method for assembling an exhaust aftertreatment assembly
RU2774933C2 (en) Improved frame elements for placing monoliths
DK2993323T3 (en) MOUNTING FOR A POLLUTION CONTROL OR CHEMICAL REACTOR
EP3101246B1 (en) Catalyst case, exhaust duct, and engine
KR102219049B1 (en) Low Pressure Selective Catalytic Reduction Reactor
KR101786698B1 (en) Catalyzed particulate filter
US11867110B2 (en) Element frame assemblies containing monoliths
CN105339073A (en) Catalyst module with catalyst elements
KR20170093292A (en) Catalyst support module for mass catalyst reactor
JP2021094494A (en) Vehicle catalyst reusing method
JP5126125B2 (en) Exhaust gas purification device